WO2004071558A1 - Vorrichtung zum injizieren eines staub- oder pulverförmigen stoffs in ein gewebe eines körpers - Google Patents

Vorrichtung zum injizieren eines staub- oder pulverförmigen stoffs in ein gewebe eines körpers Download PDF

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WO2004071558A1
WO2004071558A1 PCT/DE2004/000290 DE2004000290W WO2004071558A1 WO 2004071558 A1 WO2004071558 A1 WO 2004071558A1 DE 2004000290 W DE2004000290 W DE 2004000290W WO 2004071558 A1 WO2004071558 A1 WO 2004071558A1
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Peter Lell
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Peter Lell
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    • A61M5/3007—Syringes for injection by jet action, without needle, e.g. for use with replaceable ampoules or carpules with specially designed jet passages at the injector's distal end

Definitions

  • the invention relates to a device for injecting a dust or powder
  • Substance in a tissue of a body in particular a powdered or powdered drug or naked DNA.
  • needles have been developed for the needleless injection of primarily liquid substances which inject the liquid substance under high pressure into the tissue in question.
  • needleless injection devices have been developed which make it possible to inject dusty or powdery substances into a tissue.
  • Such a device is on the market under the name PowderJect, manufactured by the English company of the same name, in which the powdered substance of helium gas held in a chamber is entrained with destruction of the walls of the chamber and accelerated in the direction of the tissue by means of a subsequent nozzle , With such a device, doses of up to 2 or 3 mg can be accelerated to a target area of up to 2 cm 2 .
  • the helium gas is arranged under high pressure in a container provided in the housing of the device.
  • the container is opened by means of a trigger mechanism and the gas emerges under high pressure, as a result of which the walls of the chamber in which the substance is held are destroyed.
  • a disadvantage of this arrangement is the use of the helium, which is very difficult to seal tightly over a long period of time, and the relatively low reliability when opening the helium container.
  • devices for the injection of a dusty or powdery substance have been developed, in which a gas generator is used to accelerate the particles in the direction of the tissue.
  • a gas generator is used to accelerate the particles in the direction of the tissue.
  • Such devices are described, for example, in international patent applications WO-A-01/41839, WO-A-01/47585 and WO-A-01/56637.
  • Gas generator used, which generates the transport gas for the dust or powdery substance to be injected.
  • the dusty or powdery substance to be injected is contained in a chamber which is delimited on one side by a membrane and on the other side by the wall of a displaceable piston.
  • the displaceable piston is moved forward by the pressure of the gas generated by the gas generator until an opening of the hollow cylindrical piston has moved into the region of the chamber in which the substance to be injected is contained.
  • the gas pressure also acts on the membrane of this chamber and leads to destruction of the membrane if a threshold pressure is exceeded. In this way, the substance to be injected is transported as a result of the gas pressure through the opening of the displaceable piston in the direction of the outlet opening of the device.
  • the gas generator and an expansion chamber connected downstream of it are arranged downstream of a chamber for receiving the dusty or powdery substance to be injected.
  • This chamber is closed by two membranes which delimit the essentially cylindrical space for the material between the expansion chamber and a downstream nozzle area. The two membranes are destroyed by the gas pressure and the substance to be injected is entrained by the generated gas in the direction of a discharge opening of the device.
  • a filter is provided between the gas generator and the expansion chamber so as not to also expel particles which are produced during the generation of the relatively hot gas.
  • a gas generator is also used in the needleless injection device according to WO-A-01/56637, which is followed by an expansion chamber and then a chamber for receiving the material to be injected.
  • the chamber for receiving the substance to be injected is formed by a first membrane which, on the side facing away from the expansion chamber, has a closed cylindrical wall which extends in the longitudinal axis of the device. This closed wall forms the chamber for receiving the material.
  • the open side of this chamber is delimited by a second membrane.
  • Devices of this type are suitable for injecting relatively large quantities of dusty or powdery substances.
  • a disadvantage here is the effort to create a chamber for receiving the substance to be injected, which must be opened as defined as possible when the gas pressure is generated.
  • the object of the invention is to create a device for the needleless injection of a dusty or powdery substance into a tissue of a body, which can be produced with little effort, and in particular the simple injection of small amounts of a dusty or powdery substance into the tissue in question.
  • the invention is based on the knowledge that small amounts of a dusty or powdery substance can be applied to the surface of a membrane in a simple manner.
  • the particle size of the dusty or powdery substance is preferably in a range ⁇ 10 ⁇ m. In this area, only those are sufficient Adhesive forces in order to keep small defined amounts of such a substance on the membrane, which can be made of a plastic or metal, for example.
  • an adhesion promoter on the surface of the membrane. This can be one
  • Glue a gel or an oil, for example silicone oil.
  • a gas-generating material is also provided in the device on the rear side of the membrane, with the aid of which a defined pressure surge or defined pulse can be transmitted directly or indirectly to the membrane.
  • the pressure surge transmitted to the membrane is determined by the nature of the gas-generating material and the nature and design of the membrane, as well as further dimensioning parameters of the housing (size of an expansion chamber for the gas generated, provision of a co-volume and the like) such that a sufficient impulse is transmitted to the dust or powdery substance provided on the surface of the membrane.
  • This impulse transmitted to the substance causes the substance particles to detach from the membrane and are accelerated so high that the substance particles have sufficient kinetic energy to be able to penetrate the tissue at least a predetermined depth.
  • the gas-generating material can in particular be a pyrotechnic material.
  • An gas-generating material is also understood to mean an explosive gas mixture that generates energy and a different gas composition or previously non-existing gas types during the reaction.
  • the gas generating material can also be a liquid that gasifies in the presence of a catalyst.
  • the gas-generating material can be arranged in a chamber of the housing, a pressure surge being generated after activation of the gas-generating material.
  • This pressure surge can be transferred directly to the membrane and a sufficient one if it hits the membrane Transfer impulse to this.
  • impulse is understood not only to mean the strictly physical definition (mass x speed of a body), but quite generally an impact-like action of force or pressure.
  • a piston element guided in the housing can be acted on by means of the pressure surge generated or an increasing gas pressure, which is thereby accelerated to such an extent that it transmits the required momentum to the membrane when it hits the membrane.
  • the piston element can be designed in such a way that it also seals the space to which it is facing with its side acted upon by the gas pressure during its displacement movement, the piston element preferably being designed to be self-eyelid and thus sealing in the region of this side.
  • Self-eyelid is understood here to be an embodiment of the piston element in which an edge region which is formed in one piece with the piston element has a thin wall which is acted upon by the gas pressure and is pressed radially outward in a sealing manner against the inner wall of the region in which the piston element is displaceably guided ,
  • the piston element In an initial position, the piston element can be held or arranged in the housing in such a way that it only overcomes its holding force and is suddenly accelerated when it is subjected to a pressure that exceeds a threshold value.
  • the piston element can also be designed in such a way that it is held firmly in the housing with a holding area and has a piston area connected in one piece to it, which breaks out when a pressure is exceeded which exceeds a threshold value.
  • the piston element can also be designed such that it generates a pressure increase or a pressure surge in the space between it, ie its front side in relation to the direction of movement of the piston element, and the membrane. This pressure surge or Pressure surge can then act on the membrane.
  • the piston does not necessarily have to move so far forward that it also hits the membrane.
  • the membrane can be designed such that it is not destroyed as a result of the pressure increase or pressure surge acting on it or due to the piston element striking it.
  • the membrane can consist, for example, of a thin metal plate.
  • the membrane in such a way that the speed of sound within the membrane material in the ejection direction is lower than the speed of a pressure surge generated and impinging on the membrane.
  • the pressure surge passes through the material of the membrane and generates an impulse or an acceleration of the particles of the material to be injected, which particles separate from the surface of the membrane.
  • the membrane can be completely rigid and of a relatively large thickness.
  • Membrane can for example consist of a steel plate with a thickness of 1 mm and more.
  • Such a pressure surge can be generated by a very vividly burning pyrotechnic material or a detonative substance.
  • a detonative substance when, when activated, a pressure surge is generated at a speed of at least 2000 m / s.
  • the momentum to be transmitted to the particles must be at least so large that the particles have a speed of impact with the tissue of approx. 800 to 1000 m / s.
  • Another mechanism for detaching and accelerating the particles of the substance to be injected from the membrane surface without destroying the membrane is that the membrane is deformed by the pressure increase or pressure surge acting on it in such a way that when the deformation movement of the membrane is delayed, the acceleration forces are so high act on the particles of the substance to be injected such that the particles are detached from the membrane surface and the particles are still expelled at a sufficiently high speed.
  • the membrane can be designed such that the area of the membrane in which the dusty or powdery substance to be injected is applied is so thick that there is essentially no deformation of this area when the gas is transferred generated pulse on the membrane.
  • the edge area of the membrane in which it is held in the housing can be made relatively thin, so that the membrane is deformed in this thin-walled area.
  • a prerequisite for using this detachment mechanism is a sufficiently deformable membrane.
  • the deformation can only occur in certain areas or over the entire membrane. Both elastic and plastic deformation is possible.
  • the membrane can be slidably guided or held overall in the housing. It is advisable to place a compressible element in front of the membrane in the ejection direction, for example only in the edge areas of the membrane in which it is held in the housing in the axial direction.
  • a compressible element in front of the membrane in the ejection direction, for example only in the edge areas of the membrane in which it is held in the housing in the axial direction.
  • the membrane can be destroyed in a conventional manner as a result of a pressure increase or pressure surge acting on it or by a piston element striking the membrane.
  • tetrazene or an activatable mixture of substances which essentially generates only nitrogen is preferably used for the gas-generating material.
  • a filter device or retention device for particles or hot gas particles produced during gas generation.
  • the device When using a piston, the device can be designed in such a way that the membrane is generated either by the piston itself or by an increase in pressure which arises as a result of the displacement of the piston in the direction of ejection in front of the piston.
  • the device preferably has a nozzle area downstream of the membrane, which serves to accelerate the gas flow carrying the particles.
  • a collecting area for the piston element can be provided in the ejection direction in front of the nozzle area, which is preferably is tapered in the ejection direction.
  • the piston element and the collecting area are preferably matched to one another in such a way that the piston element is held in a sealing manner in the collecting area after the collecting process. This prevents the generated gas from coming into contact with the particles to be ejected.
  • the gas volume e.g. air
  • Helium, or hydrogen volume carried, which is in the initial state in front of the piston element.
  • the piston element can consist of a deformable material, the catch area and the piston element being matched to one another such that the
  • Piston element deformed during deceleration in the catchment area while reducing the diameter As a result, in addition to the sealing effect, it is achieved that the piston element tapers and, consequently, the front end face of the piston is initially accelerated during the deceleration process with respect to the center of gravity of the piston element. This will create an additional one
  • the collecting area is designed such that the end face of the piston strikes the membrane at the point in time at which the end face is just at the maximum speed.
  • the gas-generating material can be provided in the form of a separately designed detonator or a separately formed igniter.
  • a further pyrotechnic material or energy-supplying material can be provided, which material is produced by the detonator or igniter
  • an ignition pin can also be used to activate an additional gas-generating material.
  • an ignition unit comprises a carrier pin on which (preferably on its cylindrical circumferential surface) a shock-sensitive pyrotechnic material in the form of a coating is applied.
  • the carrier pin itself is inserted into a thin-walled tube which is closed on one side in order to protect the pyrotechnic material on the carrier pin against environmental influences.
  • the tube seals the combustion chamber from the environment. This material can be activated by a short and quick swipe on the tube, which is easily deformed.
  • the device can also comprise a gas generator which is formed separately and is exchangeably held in the housing and which comprises an activatable material and an ignition device, for example a detonator, an igniter or an ignition unit.
  • a gas generator which is formed separately and is exchangeably held in the housing and which comprises an activatable material and an ignition device, for example a detonator, an igniter or an ignition unit.
  • the gas-generating material can also be arranged directly on the surface of the membrane facing away from the discharge opening.
  • This material is preferably selected so that it can be activated by means of a short thermal or mechanical pulse. The recoil forces generated during activation act in an impulsive manner on the membrane and lead to one of the mechanisms explained above for detaching the particles of the substance to be injected from the membrane surface without the membrane having to be destroyed.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a device for the needleless injection of a dust or powdery substance with a flat membrane of constant thickness.
  • FIG. 2 shows an embodiment similar to FIG. 1, but with a thickened membrane in the area of the covering with the substance to be injected;
  • Fig. 3 is a schematic representation of a loaded by means of a driver plate
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a further embodiment of a reusable device with a separate gas generator and a displaceable piston for pulse generation;
  • Fig. 5 is a Austre approximate shape similar to Figure 4 with a displaceable piston and another breakable piston to generate a steep pulse.
  • FIG. 6 shows an embodiment similar to FIG. 1, but with a destructible membrane and a downstream nozzle area
  • FIG. 7 shows an embodiment similar to FIG. 4, but with a destructible membrane and a downstream nozzle area
  • Fig. 8 shows an embodiment similar to Fig. 7, wherein the piston generates a pressure rise before hitting the membrane and
  • Fig. 9 shows an embodiment similar to Fig. 3, but with a gas generating material on the rear surface of the membrane and mechanical
  • the device 1 shown in FIG. 1 for the needleless injection of a dusty or powdery substance 3 into a tissue of a body, not shown, for example a human patient, comprises a housing 5 which is essentially Chen is cylindrical and has a central opening. In the front area of the housing 5, the opening forms an ejection opening 7 for the substance 3 to be injected, which is applied to the surface of a membrane 9 facing the ejection opening 7.
  • the membrane 9 can, for example, be made of plastic, a fiber composite material (in particular carbon or drilling fiber) or a metal, for example
  • the central opening of the housing 5 is sealed at the rear end by means of a sealing plate 13 and a plug 15, the connections of a filament or a filament 17 being guided through the plug 15.
  • the glow wire 17 extends into the rear area of the space of the central opening and serves as an ignition device for a gas generating material 19 introduced in this area.
  • the gas generating material 19 can be a pyrotechnic material.
  • the gas-generating material 19 is activated by the thermal energy emitted by the glow wire.
  • the material 19, which can be designed as a pyrotechnic material, for example, converts after activation and generates a rapidly increasing pressure curve or a pressure surge in the space between the back of the membrane 9 and the front of the sealing plate 13.
  • the speed of the pressure rise or the rate of expansion of the pressure surge can be selected by an appropriate choice of the gas generating material 19 with regard to its implementation properties and its quantity, as well as by the shape and dimensioning of the space in which the material is provided or in which the gas pressure or the pressure surge is generated.
  • the gas-generating material is, for example, a very vividly implementing deflagrating pyrotechnic Select material that produces a sufficiently steep pressure rise. Due to the pressure increase, correspondingly high forces are exerted on the rear surface of the membrane. Accordingly, this will bulge forward until a maximum deformation of the membrane 9 is reached. In the event of a correspondingly rapid increase in pressure, which acts on the membrane 9 in a pulsed manner, the latter will be set into corresponding rapid movements. The amplitude of the movements depends on the pressure curve generated in the chamber, which is closed by means of the membrane, and on the material, the thickness and the shape of the membrane.
  • the regions of the membrane in which the dusty or powdery substance 3 to be injected is applied are first accelerated in the direction of the discharge opening 7 and then delayed. Due to the pulse-like increase in pressure, such high acceleration and deceleration values occur that the particles of the substance 3 detach from the surface of the membrane 9 and at a sufficiently high speed through the discharge opening 7 in the direction of the tissue into which injections are being made should be expelled.
  • the membrane in the embodiment shown in FIG. 1 is dimensioned such that due to the pressure increase or pressure surge there is no destruction of the membrane, but a corresponding acceleration and deceleration of those membrane regions in which the substance 3 to be injected is on the surface of the membrane Membrane is applied.
  • the membrane and the gas-generating material are matched to one another in such a way that the particles of the substance 3 to be injected differ from the
  • an ignition unit can be used, which projects into the space with the gas-generating material 19 and which is held, for example, by means of the sealing plate 13 and the plug 15. A short impact with sufficient energy can then be exerted on the tube of the ignition unit by means of a mechanical device.
  • the shock-sensitive pyrotechnic material applied to the preferably cylindrical outer wall of the carrier pin is activated by the impact and converts.
  • the gas-generating material 19 is activated or ignited. Shares by means of a blow, the material can also be activated using friction.
  • FIG. 2 differs from the embodiment in FIG. 1 essentially in that an ignition piece or a detonator 21 is kept sealed in the rear region of the housing 5. Electrical connection lines of the igniter or detonator 21 are led out again at the rear of the housing 5.
  • the space on the rear side of the membrane 9 can in turn be at least partially filled with a gas-generating material, for example a pyrotechnic material 19.
  • a gas-generating material for example a pyrotechnic material 19.
  • the membrane 9 of the embodiment in FIG. 2 is in the area in which the substance 3 to be injected is applied to the surface facing the outlet opening 7. thickened. This achieves greater membrane stiffness in this area. Otherwise, the mode of operation of this embodiment is identical to the mode of operation as was explained above in connection with the embodiment of FIG. 1. However, the membrane is now essentially deformed only in the areas between the thickening and the clamping of the membrane
  • the thickening of the membrane can be achieved by means of a reinforcing plate 23 in those areas on the surface of which the material 3 is applied.
  • the membrane can also be formed in one piece with a corresponding thickening.
  • a membrane with a constant, relatively high thickness can also be used, which has an annular recess on one or both surfaces, as a result of which the material thickness is tapered in the region of the recess (es). The elastic or plastic deformation will then again primarily occur in these areas.
  • a detonator 21 can also be used, which contains a detonatively converting pyrotechnic material.
  • a shock wave is generated which moves towards the back of the membrane 9 at a correspondingly high propagation speed (for example greater than 2000 m / s).
  • no additional gas-generating material 19 has to be in the space between the membrane 9 and the detector.
  • nator 21 may be included. This shock wave runs through the material of the membrane 9 and is transmitted to the particles of the substance 3. It is not necessary for the membrane to be deformed (macroscopically). In this case, the membrane can be made relatively thick and rigid.
  • the pressure surge passes through the membrane with only a slight damping. In this way, the particles of the substance 3 to be injected can be detached from the surface of the membrane 9 and the particles ejected at a sufficiently high speed without a macroscopic deformation of the membrane.
  • the adhesive forces between the particles and the membrane surface are sufficiently large to fix the particles to the surface.
  • an adhesion promoter can be applied to the membrane surface, for example in the form of an adhesive, gel, or a silicone oil.
  • the devices according to FIGS. 1 and 2 can, for example, be designed as single-use devices.
  • the discharge opening of the device can in this case be closed, for example, by means of a protective film which is only removed shortly before use.
  • the housings 5 of these devices can be inserted into the housing of a holding device, which also contains part of the activation device, for example an electrical control for electrical activation devices in the housing 5.
  • 3 schematically shows a further possibility of generating a sufficiently high impulse on a membrane 9 in order to detach the substance 3 to be injected onto its surface and to eject the relevant particles at a sufficient speed.
  • the membrane 9 is arranged or guided in a housing in the direction of the arrow, ie axially or in the direction of ejection.
  • a stop plate 25 is provided, which is held firmly in the housing.
  • a compressible element 27 is provided between the stop plate 25 and the membrane 9, which element can consist, for example, of a soft plastic.
  • a baffle plate 29 is arranged on the rear side of the membrane and acts on the pressure forces which are generated by the gas-generating material.
  • the elements 25, 27, 9 and 29 can be held directly adjacent in the housing.
  • the baffle plate 29 and the diaphragm 9 are briefly accelerated in the ejection direction, the compressible element 27 being compressed in its thickness. This compression can follow elastically or plastically.
  • the membrane 9 is thereby accelerated and decelerated in the ejection direction, which in turn creates sufficiently high persistent forces on the particles of the substance 3, which lead to their detachment.
  • the stop plate 25 can have a large number of small openings, as a result of which a corresponding injection pattern can be generated.
  • the baffle plate 29 can also be designed as a piston, which does not lie directly on the back of the membrane 9, but is first accelerated by means of the gas pressure generated and then strikes the membrane 9.
  • the compressible element 27 can also be omitted or there can be a predetermined distance between the element 27 and the membrane 9 in the starting position. In this way, the membrane is first shifted before it hits the stop. This also enables the function explained above to reach. As a rule, either a pressure surge, a shock wave or a rapid mass will hit the baffle plate 29.
  • the device 1 shown in FIG. 4 for the needleless injection of a dust or powdery substance is designed as a reusable device.
  • a gas generator 31 is provided, which is held interchangeably in the housing.
  • the gas generator 31 in turn comprises a housing 33 which has an outlet opening 35 for the gas generated on its front side. On its rear side, the housing 33 is closed by means of a sealing washer 37.
  • the disc 37 carries a central circular electrical one on its rear soaping surface
  • the contacts 39 and 41 are connected to a filament 17 which extends into the interior of the housing 33.
  • the interior of the housing 33 is in turn at least partially filled with a gas-generating material 19 which can be activated with the filament 17.
  • a battery 43 is held in the rear end of the device 1, one contact of which is permanently connected to the annular contact 39 of the gas generator 31 via a central pin 45.
  • the other contact of the battery can be connected to the ring-shaped contact 41 of the gas generator 31 by means of a push button 47 via electrically conductive parts of the housing 5.
  • the gas-generating substance 19 is ignited by means of the filament 17.
  • the generated gas exits via the outlet opening 35 and acts on a piston 49, which is preferably sealingly guided in the front region of the housing 5. This is accelerated by the gas pressure and in the direction of the one in the front
  • outflow openings 51 are provided in the housing 5 in the vicinity of the rear side of the membrane 9, in order not to hinder the acceleration of the piston 49 as a result of a gas volume to be compressed in front of the piston, and thus to make the pressure increase when it hits the membrane 9 steeper.
  • the piston 49 hits with a defined Velocity on the membrane 9 and thus transmits a pulse-like force to the membrane 9. This is, as explained above, deformed, whereby the particles of the substance 3 detach and exit through the discharge opening 7.
  • a plate-shaped diaphragm 53 is provided, which has a certain pattern of smaller openings.
  • the position and dimensioning of the outflow openings 51 can be selected in relation to the thickness of the piston 49 such that the outflow openings 51 are closed by the piston after it has reached an end position in the immediate vicinity of the piston
  • the position of the outflow openings 51 can also be selected such that a predetermined axial distance between the outflow openings 51 and the
  • Membrane is present.
  • the gas volume is compressed between the rear wall of the membrane and the front of the piston as soon as the piston has passed the position of the outflow openings 51 (in the direction of the outflow opening).
  • the membrane 9 is already pressurized or pretensioned a little before the piston 49 hits it.
  • outflow openings 51 can also be dispensed with entirely.
  • the piston 49 then only generates a pressure surge or an impulse-like pressure without itself striking the membrane.
  • the gas generator 31 can be held in the housing 5 such that it is surrounded by an annular space 55.
  • This annular space can serve as a co-volume into which the gases generated also penetrate.
  • the course of the pressure rise and thus the acceleration of the piston 49 can be controlled by the choice of the size of the co-volume.
  • the outlet opening 35 of the gas generator 31 can also be closed by means of a destructible membrane. In this way, a very steep and rapid increase in pressure can be generated, depending on the bursting force of the membrane.
  • the size of the co-volume can be changed in the embodiment according to FIG. 4 by using different gas generators with a different outside diameter.
  • the actual housing 33 of the gas generator 31 can be surrounded with a layer 57 of a certain thickness. The thicker the layer 57, the lower the resulting co-volume.
  • the gas generator 31 can also be designed in such a way that the sealing disk 37 is displaceably guided in the gas generator.
  • Those housing parts which act on the back of the gas generator or the disk 37 in order to prevent an increase in the volume of the gas generator 31 when the gas-generating material 19 is converted can be displaceably guided in the housing 5.
  • One or more stop rings 59 can serve to act as a stop for the displaceable housing parts. The fewer stop rings 59 are used, the more the displaceable housing parts can press the disk 37 of the gas generator 31 into its interior after being inserted into the housing and thereby change the volume of the space in which the gas is generated. In this way, one and the same gas generator can be used to generate different pressure profiles.
  • FIG. 5 differs from the embodiment according to FIG. 4 in that a further piston 61 is used in addition to the piston 49.
  • This piston is fixed in its starting position in the housing and for this purpose has a lateral region 61a which is held firmly in the housing 5.
  • the piston 49 is accelerated and compresses the gas volume located in front of it and behind the further piston 61. Becomes If a certain pressure is exceeded, the actual piston area 61b of the piston 61 breaks out and is in turn accelerated.
  • the choice of the pressure threshold at which the piston region 61b breaks out can determine how quickly the broken piston region 61b is accelerated in the direction of the membrane 9 held in the housing.
  • the region between the membrane 9 and the piston region 61b is designed as a collecting region 63.
  • This serves to decelerate and catch the broken-out and accelerated piston area 61b.
  • the collecting area 63 is tapered towards the rear of the membrane 9.
  • deformation of the piston region 61b is achieved during the collection.
  • this results in a sealing effect and, on the other hand, the front of the piston region 61b is simultaneously accelerated with respect to the center of mass during the collection. This results in an acceleration of the front tapered part of the piston 61 and thus a higher impact speed of the piston material on the membrane 9.
  • the method of detaching the substance 3 to be injected from the surface of the membrane 9 is as described above.
  • the deformed and captured piston region can be located practically directly on the back of the membrane 9 in its end position. If necessary, this can also hit the membrane 9 and in this way transmit an (additional) impulse to the membrane.
  • FIG. 6 shows a device 1 for the needleless injection of a dust or powdery substance 3, which is arranged on a membrane 9 held in a housing 5. Similar to the embodiment according to FIG. 2, an igniter 21 is used here to ignite a gas-generating material 19 which is in a room is provided, in which the A-orifice 21 protrudes and which is closed by means of the membrane 9.
  • the membrane chosen in relation to the type and amount of gas-generating material.
  • the membrane can, for example, order from a thin plastic film, which serves as a carrier for the substance 3.
  • the front area of the housing 5 is designed as a nozzle area 65. As shown in FIG. 6, this can have the shape of a Laval nozzle.
  • the device shown in FIG. 7 for the needleless injection of a dusty or powdery substance largely corresponds in construction to the embodiment according to FIG. 4 in its rear area.
  • the membrane 9 is destroyed by the acceleration of the piston 49 by means of the gases generated by the gas generator 31.
  • the membrane is destroyed either by the pressure of the gas volume compressed by the piston 49 between the piston and the membrane or by the impact of the piston 49 on the membrane 9 49 provided.
  • the function of this collecting area has already been explained in connection with FIG. 5.
  • the execution 5 is destroyed here, however, by the gas pressure generated by the piston or by a piston which is loosely guided in the housing from the beginning and does not have to be broken out.
  • the use of a break-out piston would also be possible.
  • the piston Due to the tapering shape and the deformation of the piston caused thereby during the collection (for this purpose the piston is preferably made of a relatively soft deformable material), the front of the piston accelerates in relation to its center of mass and thus an increase in pressure or a steeper pressure curve of the expelled gases.
  • the embodiment according to FIG. 8 differs only in that outflow openings 51 are provided in the area between piston 49 and membrane 9. As a result, the gas volume between the piston and the membrane is not compressed significantly until the piston has passed the outflow opening 51. This enables a steeper pressure curve to be achieved.
  • FIG. 9 corresponds to the embodiment in FIG. 3 in terms of its mode of operation.
  • the membrane 9 is slidably held in the housing 5, a compressible ring-shaped element 27 being provided between a retaining ring 11 and the membrane 9.
  • the gas-generating material 19 is applied to the surface of the membrane 19 facing away from the outlet opening 7.
  • This impact-sensitive material is activated by means of a mechanical activation device, which consists of a spring plate 67, which has a central convex curvature 67a. In the initial state, the curvature 67a is curved as shown in FIG. 9.
  • the curvature 67a can be acted upon by an actuating element (not shown in more detail) and, when a certain actuating force is exceeded, jumps to a convex mirrored position, which is shown in broken lines in FIG. 9 is. This gives the membrane a short blow, causing the material 19 on the surface of the membrane ran is activated.
  • the spring plate 67 can be actuated through a flexible cover plate 69.
  • the membrane 9 can also be held firmly in the housing, as explained above, wherein the substance 3 can be detached by deforming the membrane 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs in ein Gewebe eines Körpers mit einem Gehäuse (5), welches eine Austrittsöffnung (7) für den zu injizierenden staub- oder pulverförmigen Stoff (3) aufweist und in welchem eine Membran (9) gehalten ist, welche auf der der Austrittsöffnung (7) zugekehrten Oberfläche den staub- oder pulverförmigen Stoff (3) trägt, mit einem im Gehäuse vorgesehenen aktivierbaren, Gas erzeugenden Material und mit einer Aktivierungseinrichtung (17, 21, 67) für das Aktivieren des Gas erzeugenden Materials (19), wobei das Gas erzeugende Material (19) hinsichtlich Menge und Beschaffenheit so gewählt ist und die Membran (9) so ausgebildet und im Gehäuse (5) gehalten ist, dass bei einem Aktivieren des Gas erzeugenden Materials (19) ein definierter Druckstoß oder ein definierter Impuls mittelbar oder unmittelbar auf die Membran (9) übertragen wird, wobei der auf die Membran (9) übertragene Druckstoß oder Impuls so bestimmt ist, das ein ausreichender Impuls auf den staub- oder pulverförmigen Stoff (3) übertragen wird, der dazu führt, dass sich Stoffpartikel des staub- oder pulverförmigen Stoffs (3) von der Membran (9) ablösen so hoch beschleunigt werden, dass die Stoffpartikel eine ausreichende kinetische Energie aufweisen, um mindestens eine vorbestimmte Tiefe in das Gewebe eindringen zu können.

Description

Vorrichtung zum Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs in ein Gewebe eines Körpers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Injizieren eines staub- oder pulverförmigen
Stoffs in ein Gewebe eines Körpers, insbesondere eines staub- oder pulverförmigen Medikaments oder nackter DNA.
In jüngerer Zeit wurden Norrichtungen zum nadellosen Injizieren von vornehmlich flüssigen Stoffen entwickelt, welche den flüssigen Stoff unter hohem Druck in das betreffende Gewebe injizieren. Darüber hinaus wurden auch nadellose Injektionsvorrichtungen entwickelt, die es ermöglichen, staub- oder pulverförmige Stoffe in ein Gewebe zu injizieren. Eine derartige Vorrichtung ist unter der Bezeichnung PowderJect, hergestellt von der gleichnamigen englischen Firma, auf dem Markt, bei der der in einer Kammer gehaltene pulverförmige Stoff von Heliumgas unter Zerstörung der Wandungen der Kammer mitgerissen und mittels einer nachfolgenden Düse in Richtung auf das Gewebe beschleunigt wird. Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich Dosen von bis zu 2 oder 3 mg auf eine Zielfläche von bis zu 2 cm2 beschleunigen. Abhängig vom Gasdruck, der Ausbildung der Düse, der Teilchengröße und deren Dichte bzw. Härte oder Festigkeit dringen die Teilchen dann in das Gewebe ein. Das Heliumgas ist unter hohem Druck in einem im Gehäuse der Vorrichtung vorgesehenen Behälter angeordnet. Mittels eines Auslösemechanismus wird der Behälter geöffnet und das Gas tritt unter hohem Druck aus, wodurch die Wandungen der Kammer, in welcher der Stoff gehalten ist zerstört werden.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Verwendung des nur sehr schwierig über längere Zeit dicht einschließbaren Heliums sowie die relativ geringe Zuverlässigkeit bei der Öffnung des Heliumbehälters. Des Weiteren wurden Vorrichtungen zur Injektion eines staub- oder pulverförmigen Stoffs entwickelt, bei der zur Beschleunigung der Partikel in Richtung auf das Gewebe ein Gasgenerator verwendet wird. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in den internationalen Patentanmeldungen WO-A-01/41839, WO-A-01/47585 und WO-A- 01/56637 beschrieben. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird ein pyrotechnischer
Gasgenerator verwendet, welcher das Transportgas für den zu injizierenden staub- oder pulverförmigen Stoff erzeugt.
Bei der Vorrichtung gemäß WO-A-01/47585 ist der zu injizierende staub- oder pulver- förmige Stoff in einer Kammer enthalten, welche auf einer Seite von einer Membran und auf der anderen Seite von der Wandung eines verschiebbaren Kolbens begrenzt ist. Der verschiebbare Kolben wird durch den Druck des vom Gasgenerator erzeugten Gases nach vorne bewegt, solange bis sich eine Öffnung des hohlzylindrischen Kolbens in den Bereich der Kammer verschoben hat, in welcher der zu injizierende Stoff enthalten ist. Der Gasdruck beaufschlagt zudem die Membran dieser Kammer und führt bei Überschreiten eines Schwelldrucks zu einer Zerstörung der Membran. Auf diese Weise wird der zu injizierende Stoff infolge des Gasdrucks durch die Öffnung des verschiebbaren Kolbens in Richtung auf die Austrittsöffhung der Vorrichtung transportiert.
Bei der Vorrichtung gemäß WO-A-01/41839 ist dem Gasgenerator und einer diesem nachgeschalteten Expansionskammer eine Kammer zur Aufnahme des zu injizierenden staub- oder pulverförmigen Stoffs nachgeordnet. Diese Kammer ist von zwei Membranen verschlossen, die den im Wesentlichen zylindrischen Raum für den Stoff zwischen der Expansionskammer und einem nachgeschalteten Düsenbereich begrenzen. Die beiden Membrane werden durch den Gasdruck zerstört und der zu injizierende Stoff durch das erzeugte Gas in Richtung auf eine Ausstoßöffnung der Vorrichtung mitgerissen. Um Partikel, die bei der Erzeugung des relativ heißen Gases entstehen, nicht ebenfalls auszustoßen, ist zwischen Gasgenerator und der Expansionskammer ein Filter vorgesehen. Auch bei der nadellosen Injektionsvorrichtung nach der WO-A-01/56637 findet ein Gasgenerator Verwendung, welchem eine Expansionskammer und anschließend eine Kammer zur Aufnahme des zu injizierenden Materials nachgeschaltet ist. Die Kammer zur Aufnahme des zu injizierenden Stoffs ist durch eine erste Membran gebildet, welche an der der Expansionskammer abgewandten Seite eine sich in der Längsachse der Vorrichtung erstreckende geschlossene zylindrische Wandung aufweist. Diese geschlossene Wandung bildet die Kammer zur Aufnahme des Stoffs. Die offene Seite dieser Kammer ist durch eine zweite Membran begrenzt. Bei Erzeugung eines Gasdrucks birst die erste Membran und durchstößt mit der geschlossenen Wandung ebenfalls die zweite Memb- ran, so dass der zu injizierende Stoff vom erzeugten Gas in Richtung auf die Ausstoßöffnung mitgerissen wird.
Derartige Vorrichtungen sind für das Injizieren relativ großer Mengen von staub- oder pulverförmigen Stoffen geeignet. Nachteilig ist dabei der Aufwand zur Erzeugung einer Kammer zur Aufnahme des zu injizierenden Stoffs, die möglichst definiert bei Erzeugung des Gasdrucks geöffnet werden muss.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs in ein Gewebe eines Kör- pers zu schaffen, welche mit geringem Aufwand herstellbar ist und insbesondere das einfache Injizieren geringer Mengen eines staub- oder pulverförmigen Stoffs in das betreffende Gewebe ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass geringe Mengen eines staub- oder pulverförmigen Stoffs auf einfache Weise an der Oberfläche einer Membran aufgebracht werden können. Die Partikelgröße des staub- oder pulverförmigen Stoffs liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich < 10 μm. In diesem Bereich genügen allein die Adhäsionskräfte, um geringe definierte Mengen eines derartigen Stoffs auf der Membran, die beispielsweise aus einem Kunststoff oder Metall bestehen kann, zu halten.
Insbesondere für größere Partikelgrößen kann es jedoch notwendig werden, einen Haft- Vermittler auf der Oberfläche der Membran vorzusehen. Hierbei kann es sich um einen
Klebstoff, ein Gel oder ein Öl beispielsweise Silikonöl, handeln.
In der Vorrichtung ist an der rückwärtigen Seite der Membran ebenfalls ein Gas erzeugendes Material vorgesehen, mit dessen Hilfe ein definierter Druckstoß oder definierter Impuls mittelbar oder unmittelbar auf die Membran übertragbar ist. Der auf die Membran übertragene Druckstoß ist dabei durch die Beschaffenheit des Gas erzeugenden Materials und die Beschaffenheit und Ausbildung der Membran sowie weitere Dimen- sionierungsparameter des Gehäuses (Größe einer Expansionskammer für das erzeugte Gas, Vorsehen eines Co-Volumens und dergleichen) so bestimmt, dass ein ausreichen- der Impuls auf den auf der Oberfläche der Membran vorgesehenen staub- oder pulverförmigen Stoff übertragen wird. Dieser auf den Stoff übertragene Impuls führt dazu, dass sich die Stoffpartikel von der Membran ablösen und so hoch beschleunigt werden, dass die Stoffpartikel eine ausreichende kinetische Energie aufweisen, um mindestens eine vorbestimmte Tiefe in das Gewebe eindringen zu können.
Das Gas erzeugende Material kann dabei insbesondere ein pyrotechnisches Material sein. Als Gas erzeugendes Material wird dabei auch ein explosionsfähiges Gasgemisch verstanden, das bei der Umsetzung Energie und eine andere Gaszusammensetzung bzw. zuvor nicht vorhandene Gasarten erzeugt. Das Gas erzeugende Material kann auch eine Flüssigkeit sein, die bei Vorhandensein eines Katalysator vergast.
Nach einer Ausfü irungsform der Erfindung kann das Gas erzeugende Material in einer Kammer des Gehäuses angeordnet sein, wobei nach dem Aktivieren des Gas erzeugenden Materials ein Druckstoß erzeugt wird. Dieser Druckstoß kann unmittelbar auf die Membran übertragen werden und bei Auftreffen auf die Membran einen ausreichenden Impuls auf diese übertragen. Unter Impuls wird dabei im Sinne dieser Beschreibung nicht nur die streng physikalische Definition (Masse x Geschwindigkeit eines Körpers), sondern ganz allgemein eine stoßartige Kraft- oder Druckeinwirkung verstanden.
Nach einer anderen Ausfülirungsform der Erfindung kann mittels des erzeugten Druckstoßes oder mittels eines ansteigenden Gasdrucks ein im Gehäuse geführtes Kolbenelement beaufschlagt werden, welches hierdurch so hoch beschleunigt wird, dass es bei einem Auftreffen auf die Membran den erforderlichen Impuls auf diese überträgt.
Das Kolbenelement kann dabei so ausgebildet sein, dass es auch während seiner Verschiebebewegung den Raum, dem es mit seiner durch den Gasdruck beaufschlagten Seite zugewandt ist, abdichtet, wobei das Kolbenelement hierzu vorzugsweise im Bereich dieser Seite selbstlidernd und damit abdichtend ausgebildet ist. Unter Selbstliderung wird hier eine Ausbildung des Kolbenelements verstanden, bei dem ein einstückig mit dem Kolbenelement ausgebildeter Randbereich eine dünne Wandung aufweist, welche vom Gasdruck beaufschlagt und in abdichtender Weise radial nach außen an die Innenwandung des Bereichs gedrückt wird, in dem das Kolbenelement verschiebbar geführt ist.
Das Kolbenelement kann in einer Ausgangsstellung so im Gehäuse gehalten oder angeordnet sein, dass es erst bei Beaufschlagung mit einem, einen Schwellenwert übersteigenden Druck seine Haltekraft überwindet und schlagartig beschleunigt wird. Selbstverständlich kann das Kolbenelement auch so ausgebildet sein, dass es mit einem Haltebereich fest im Gehäuse gehalten ist und einen damit einstückig verbundenen Kolbenbe- reich aufweist, welcher bei Beaufschlagung mit einem einen Schwellwert überschreitenden Druck ausbricht.
Das Kolbenelement kann auch so ausgebildet sein, dass es im Raum zwischen ihm, d. h. seiner Vorderseite bezogen auf die Bewegungsrichtung des Kolbenelements, und der Membran einen Druckanstieg oder einen Druckstoß erzeugt. Dieser Druckstoß oder Druckanstoß kann dann auf die Membran wirken. Der Kolben muss sich dabei nicht notwendigerweise so weit nach vorne bewegen, dass er ebenfalls auf die Membran auftrifft.
Die Membran kann nach einer Ausführungsform der Erfindung so ausgebildet sein, dass sie infolge des auf sie wirkenden Druckanstiegs oder Druckstoßes oder durch das auf sie auftreffende Kolbenelement nicht zerstört wird. Die Membran kann hierzu beispielsweise aus einer dünnen Metallplatte bestehen. Zur Ablösung und Beschleunigung des auf der der Austrittsöffnung zugewandten Oberfläche der Membran gehaltenen Partikels des zu injizierenden Stoffs bestehen unterschiedliche Möglichkeiten bzw. Mechanismen, die nachstehend erläutert werden und die auch in Kombination miteinander auftreten können.
Zum einen besteht die Möglichkeit, die Membran so auszubilden, dass die Schallge- schwindigkeit innerhalb des Membranmaterials in der Ausstoßrichtung kleiner ist als die Geschwindigkeit eines erzeugten und auf die Membran auftreffenden Druckstoßes. Der Druckstoß geht in diesem Fall durch das Material der Membran hindurch und erzeugt einen Impuls bzw. eine Beschleunigung der Partikel des zu injizierenden Materials, die sich dabei von der Oberfläche der Membran lösen. Die Membran kann dabei vollkommen steif und mit einer relativ großen Dicke ausgebildet sein. Eine derartige
Membran kann beispielsweise aus einer Stahlplatte mit einer Dicke von einem 1mm und mehr bestehen. Ein derartiger Druckstoß kann durch ein sehr lebhaft abrennendes pyrotechnisches Material oder einen detonativen Stoff erzeugt werden. Von einem detonativen Stoff wird gesprochen, wenn bei dessen Aktivierung ein Druckstoß mit einer Geschwindigkeit von mindestens 2000 m/s erzeugt wird.
Der auf die Partikel zu übertragende Impuls muss dabei mindestens so groß sein, dass die Partikel eine Auftreffgeschwindigkeit auf das Gewebe von ca. 800 bis 1000 m/s aufweisen. Ein weiterer Mechanismus zur Ablösung und Beschleunigung der Partikel des zu injizierenden Stoffs von der Membranoberfläche ohne eine Zerstörung der Membran besteht darin, dass die Membran durch den auf sie wirkenden Druckanstieg oder Druckstoß so deformiert wird, dass bei einer Verzögerung der Deformationsbewegung der Membran so hohe Beschleunigungskräfte auf die Partikel des zu injizierenden Stoffs wirken, dass die Partikel von der Membranoberfläche abgelöst werden und die Partikel noch mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit ausgestoßen werden.
Die Membran kann nach einer Ausführungsform der Erfindung dabei so ausgebildet sein, dass der Bereich der Membran, in dem der zu injizierende staub- oder pulverförmige Stoff aufgebracht ist, so dick ausgebildet ist, dass im Wesentlichen keine Deformation dieses Bereichs bei einer Übertragung des vom Gas erzeugten Impulses auf die Membran erfolgt. Beispielsweise kann der Randbereich der Membran, in dem diese im Gehäuse gehalten ist, relativ dünn ausgebildet sein, so dass die Membran in diesem dünnwandigeren Bereich deformiert wird. Dies hat den Vorteil, dass der gesamte Bereich, in dem der zu injizierende Stoff aufgebracht ist, gleichmäßig beschleunigt und dann wieder verzögert wird. Die Partikel werden daher im praktisch gesamten Bereich gleichmäßig abgelöst und weisen in etwa die selbe Ausstoßgeschwindigkeit nach dem Ablösen von der Membran auf.
Vorraussetzung für eine Nutzung dieses Ablösungsmechanismus ist damit eine ausreichend deformierbare Membran. Die Deformation kann nur in bestimmten Bereichen oder über die gesamte Membran auftreten. Dabei ist sowohl eine elastische als auch plastische Deformation möglich.
Anstelle einer Deformation der Membran kann die Membran insgesamt verschiebbar im Gehäuse geführt bzw. gehalten sein. Dabei bietet es sich an, in Ausstoßrichtung vor der Membran ein kompressibles Element einzuordnen, beispielsweise nur in den Randbereichen der Membran, in welchen diese im Gehäuse in axialer Richtung gehalten ist. Bei Erzeugen eines Druckanstiegs oder Auftreffen eines Druckstoßes bzw. ganz allgemein beim Ausüben einer ausreichend hohen Kraft auf die Membran wird diese in Ausstoßrichtung nach vorne bewegt und durch das kompressible Element oder einfach einen Anschlag im Gehäuse plötzlich stark verzögert. Die dabei auftretenden negativen Beschleunigungskräfte führen wieder zum Ablösen der Partikel von der Membranoberfläche.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Membran in herkömmlicher Weise infolge eines auf sie wirkenden Druckanstiegs oder Druckstoßes oder durch ein auf die Membran auftreffendes Kolbenelement zerstört werden.
Wird die Membran unmittelbar von dem erzeugten Gas beaufschlagt, so wird für das Gas erzeugende Material vorzugsweise Tetrazen oder eine aktivierbare Stoffmischung verwendet, welche im Wesentlichen nur Stickstoff erzeugt. Selbstverständlich ist auch der Einsatz einer Filtereinrichtung oder Rückhalteeinrichtung für bei der Gaserzeugung entstehende Partikel oder Heißgaspartikel möglich.
Bei Verwendung eines Kolben kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die Membran entweder durch den Kolben selbst oder durch einen Druckanstieg erzeugt wird, welcher infolge des Verschiebens des Kolbens in Ausstoßrichtung vor dem Kol- ben entsteht.
Selbstverständlich werden auch bei einer Zerstörung der Membran die Partikel von der Oberfläche abgelöst und dann in an sich bekannter Weise vom austretenden Gasstrom mitgerissen.
Die Vorrichtung weist dabei in Ausstoßrichtung nach der Membran vorzugsweise einen Düsenbereich auf, der zur Beschleunigung des die Partikel tragenden Gasstroms dient.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann in Ausstoßrichtung vor dem Düsenbe- reich ein Auffangbereich für das Kolbenelement vorgesehen sein, welcher vorzugsweise in Ausstoßrichtung verjüngend ausgebildet ist. Das Kolbenelement und der Auffangbereich sind dabei vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass das Kolbenelement nach dem Auffangvorgang abdichtend im Auffangbereich gehalten ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass das erzeugte Gas mit den auszustoßenden Partikeln in Berührung kommt. Diese werden ausschließlich durch das Gasvolumen (beispielsweise Luft-,
Helium-, oder Wasserstoffvolumen) getragen, welches sich im Ausgangszustand vor dem Kolbenelement befindet.
Das Kolbenelement kann aus einem deformierbaren Material bestehen, wobei der Auf- fangbereich und das Kolbenelement so aufeinander abgestimmt sind, dass sich das
Kolbenelement während des Verzögerns im Auffangbereich unter Reduzieren des Durchmessers deformiert. Hierdurch wird zusätzlich zur abdichtenden Wirkung erreicht, dass sich das Kolbenelement verjüngt und demzufolge die vordere Stirnseite des Kolbens während des Verzögerungsvorgangs gegenüber dem Massenschwerpunkt des Kolbenelements zunächst noch beschleunigt wird. Hierdurch wird eine zusätzliche
Beschleunigung der mittels des Kolben ausgetriebenen Gase bzw. erreicht. Der Auffangbereich ist dabei hinsichtlich seiner Verjüngung so ausgebildet, dass die Stirnseite des Kolbens in dem Zeitpunkt auf die Membran auftrifft, in dem die Stirnseite gerade die maximale Geschwindigkeit aufweist.
Nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung kann das Gas erzeugende Material in Form eines separat ausgebildeten Detonators oder eines separat ausgebildeten Anzündstücks vorgesehen sein. Selbstverständlich kann zusätzlich zu einem Detonator oder einem Anzündstück ein weiteres pyrotechnisches Material oder Energie lieferndes Material vorgesehen sein, welches durch die vom Detonator bzw. vom Anzündstück erzeugten
Heißgase angezündet wird.
Anstelle eines Detonators oder Anzündstücks, die vornehmlich (jedoch nicht ausschließlich) elektrisch aktivierbar sind, kann auch ein Zündstift verwendet werden, um ein zusätzliches Gas erzeugendes Material zu aktivieren. Eine derartige Zündeinheit umfasst einen Trägerstift, auf welchem (vorzugsweise auf dessen zylindrischer Um- fangsfläche) ein stoßempfindliches pyrotechnisches Material in Form einer Beschichtung aufgebracht ist. Der Trägerstift selbst wird in ein dünnwandiges, einseitig verschlossenes Röhrchen eingeführt, um das pyrotechnische Material auf dem Trägerstift gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Gleichzeitig dichtet das Röhrchen die Brennkammer gegen die Umgebung ab. Dieses Material kann mittels eines kurzen und schnellen Schlags auf das Röhrchen, das sich hierbei leicht verformt, aktiviert werden.
Die Vorrichtung kann auch einen separat ausgebildeten und austauschbar im Gehäuse gehaltenen Gasgenerator umfassen, welcher ein aktivierbares Material und eine Zündeinrichtung, beispielsweise einen Detonator, ein Anzündstück oder eine Zündeinheit umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Gas erzeugende Material auch direkt auf der der Ausstoßöffnung abgewandten Oberfläche der Membran angeordnet sein. Dieses Material ist vorzugsweise so gewählt, dass es mittels eines kurzen thermischen oder mechanischen Impulses aktivierbar ist. Die bei einer Aktivierung erzeugten Rückstoßkräfte wirken impulsartig auf die Membran und führen zu einem der vorstehend erläuterten Mechanismen zur Ablösung der Partikel des zu injizierenden Stoffs von der Membranoberfläche, ohne dass eine Zerstörung der Membran erforderlich wäre.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur nadellosen Injektion eines staub- oder pulverförmigen Stoffs mit einer ebenen Membran konstanter Dicke; Fig. 2 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 1, jedoch mit verdickter Membran im Bereich des Belags mit dem zu injizierenden Stoff;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer mittels einer Treiberplatte beaufschlagten
Membran;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer wiederverwendbaren Vorrichtung mit separatem Gasgenerator und einem verschiebba- ren Kolben zur Impulserzeugung;
Fig. 5 eine Ausfül rungsform ähnlich Fig. 4 mit einem verschiebbaren Kolben und einem weiteren ausbrechbaren Kolben zur Erzeugung eines steilen Impulses;
Fig. 6 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 1, jedoch mit zerstörbarer Membran und nachgeordnetem Düsenbereich;
Fig. 7 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 4, jedoch mit zerstörbarerer Membran und nachgeordnetem Düsenbereich;
Fig. 8 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 7, wobei der Kolben vor Auftreffen auf die Membran einen Druckanstieg erzeugt und
Fig. 9 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 3, jedoch mit einem Gas erzeugenden Material an der rückwärtigen Oberfläche der Membran und mechanischer
Aktivierungseinrichtung .
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs 3 in ein nicht näher dargestelltes Gewebe eines Körpers, bei- spielsweise eines menschlichen Patienten, umfasst ein Gehäuse 5, welches im Wesentli- chen zylindrisch ausgebildet ist und einen zentralen Durchbruch aufweist. Im vorderen Bereich des Gehäuses 5 bildet der Durchbruch eine Ausstoßöffnung 7 für den zu injizierenden Stoff 3, welcher auf der der Ausstoßöffnung 7 zugewandten Oberfläche einer Membran 9 aufgebracht ist. Die Membran 9 kann beispielsweise aus Kunststoff, einem Faserverbundwerkstoff (insbesondere Kohle- oder Bohrfaser) oder einem Metall, z.B.
Stahl bestehen und, wie in Fig. 1 dargestellt, als ebenes kreisrundes Plättchen ausgebildet sein, welches mittels eines in das Gehäuse 5 einschraubbaren Halterings 11 fixiert ist.
Der zentrale Durchbruch des Gehäuses 5 ist am rückwärtigen Ende mittels einer Dichtplatte 13 und einem Stopfen 15 dicht verschlossen, wobei durch den Stopfen 15 die Anschlüsse eines Glühdrahts oder einer Glühwendel 17 geführt sind. Der Glühdraht 17 erstreckt sich in den rückwärtigen Bereich des Raums des zentralen Durchbruchs und dient als Anzündeinrichtung für ein in diesem Bereich eingebrachtes Gas erzeugendes Material 19. Das Gas erzeugende Material 19 kann ein pyrotechnisches Material sein.
Wird durch die Anschlüsse des Glühdrahts 17 ein ausreichend großer elektrischer Strom geleitet, beispielsweise mittels einer nicht näher dargestellten elektrischen Aktivierungseinrichtung, so wird durch die vom Glühdraht abgegebene thermische Energie das Gas erzeugende Material 19 aktiviert. Das Material 19, welches beispielsweise als py- rotechnisches Material ausgebildet sein kann, setzt nach dem Aktivieren um und erzeugt im Raum zwischen der Rückseite der Membran 9 und der Vorderseite der Dichtplatte 13 einen schnell ansteigenden Druckverlauf oder einen Druckstoß. Die Geschwindigkeit des Druckanstiegs bzw. die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Druckstoßes kann durch eine entsprechende Wahl des Gas erzeugenden Materials 19 hinsichtlich seiner Umset- Zungseigenschaften und seiner Menge sowie durch die Formgebung und Dimensionierung des Raums, in welchem das Material vorgesehen ist bzw. in welchem der Gasdruck bzw. der Druckstoß erzeugt wird, festgelegt werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel wird man als Gas erzeugendes Material beispielsweise ein sehr lebhaft umsetzendes deflagrierendes pyrotechnisches Material wählen, welches einen ausreichend steilen Druckanstieg erzeugt. Durch den Druckanstieg werden entsprechend hohe Kräfte auf die rückseitige Oberfläche der Membran ausgeübt. Diese wird sich dementsprechend nach vorne wölben, bis eine maximale Deformation der Membran 9 erreicht ist. Bei einem entsprechend schnellen Druckanstieg, welcher impulsartig auf die Membran 9 wirkt, wird diese in entsprechende schnelle Bewegungen versetzt werden. Die Amplitude der Bewegungen ist abhängig vom erzeugten Druckverlauf in der Kammer, welche mittels der Membran verschlossen ist sowie durch das Material, die Dicke und die Formgebung der Membran.
Unabhängig davon, ob letztendlich Bewegungen der gesamten Membran 9 auftreten oder lediglich eine plastische oder elastische Deformation vorliegt, werden die Bereiche der Membran, in welchen der zu injizierende staub- oder pulverförmige Stoff 3 aufgebracht ist, zunächst in Richtung auf die Ausstoßöffnung 7 beschleunigt und dann verzögert. Durch den impulsartig erzeugten Druckanstieg treten derart hohe Beschleuni- gungs- und Verzögerungswerte auf, dass sich die Partikel des Stoffs 3 von der Oberfläche der Membran 9 ablösen und mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit durch die Ausstoßöffnung 7 in Richtung auf das Gewebe, in welches injiziert werden soll, ausgestoßen werden.
Wie bereits erwähnt, ist die Membran bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform so dimensioniert, dass infolge des Druckanstiegs oder Druckstoßes keine Zerstörung der Membran erfolgt, sondern eine entsprechende Beschleunigung und Verzögerung derjenigen Membranbereiche, in welchen der zu injizierende Stoff 3 auf der Oberfläche der Membran aufgebracht ist. Die Membran und das Gas erzeugende Material sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich die Partikel des zu injizierenden Stoffs 3 von der
Membranoberfläche ablösen und mit einer Geschwindigkeit ausgestoßen werden, die ca. 800 m/s oder mehr beträgt. Diese Geschwindigkeit ist erforderlich, um eine ausreichende Eindringtiefe der Partikel in das jeweilige Gewebe zu erreichen. Es sei daraufhingewiesen, dass der Raum, welcher mit der Membran 9 verschlossen ist, selbstverständlich nicht vollständig mit einem Gas erzeugenden Material 19 ausgefüllt werden muss. Vielmehr kann die Menge des Materials 19 an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Auch sind selbstverständlich beliebige andere Aktivierungsein- richtungen zur Aktivierung des Gas erzeugenden Materials möglich. Beispielsweise kann eine Zündeinheit verwendet werden, welcher in den Raum mit dem Gas erzeugenden Material 19 hereinragt und der beispielsweise mittels der Dichtplatte 13 und dem Stopfen 15 gehalten ist. Mittels einer mechanischen Vorrichtung kann dann ein kurzer Schlag mit ausreichender Energie auf das Röhrchen der Zündeinheit ausgeübt werden. Das auf der vorzugsweise zylindrischen Außenwandung des Trägerstifts aufgebrachte, erschütterungsempfindliche pyrotechnische Material wird durch den Schlag aktiviert und setzt um. Hierdurch wird das Gas erzeugende Material 19 aktiviert bzw. angezündet. Anteile mittels eines Schlags kann das Material auch mittels Reibung aktiviert werden.
Die in Fig. 2 dargestellte weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass im rückwärtigen Bereich des Gehäuses 5 ein Anzündstück oder ein Detonator 21 abgedichtet gehalten ist. Elektrische Anschlussleitungen des Anzündstücks oder Detonators 21 sind wieder an der Rückseite des Gehäuses 5 herausgeführt.
Ist ein Anzündstück 21 vorgesehen, so kann der Raum an der Rückseite der Membran 9 wiederum zumindest teilweise mit einem Gas erzeugenden Material, beispielsweise einem pyrotechnischen Material 19 gefüllt. Bei einer elektrischen Aktivierung des Anzündstücks wird das darin vorgesehene pyrotechnische Material aktiviert und durch dessen thermische Energie das Material 19 aktiviert.
Die Membran 9 der Ausführungsform in Fig. 2 ist in dem Bereich, in dem an der der Austrittsöffnung 7 zugewandten Oberfläche der zu injizierende Stoff 3 aufgebracht ist, verdickt ausgebildet. Hierdurch wird eine größere Steifheit der Membran in diesem Bereich erreicht. Im Übrigen ist die Funktionsweise dieser Ausführungsform mit der Funktionsweise, wie sie vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 erläutert wurde, identisch. Die Deformation der Membran erfolgt jedoch nunmehr im Wesentlichen nur in den Bereichen zwischen der Verdickung und der Einspannung der
Membran im Gehäuse 5. Auf diese Weise wird erreicht, dass der verdickte Bereich der Membran im Wesentlichen konstant beschleunigt und verzögert wird und somit alle Partikel, die auf der Oberfläche diese Bereichs angeordnet sind, mit im Wesentlichen der selben Geschwindigkeit ausgestoßen werden. Dagegen werden bei der Ausführungs- form nach Fig. 1 die Partikel des Stoffs 3, die in der Achse der Vorrichtung angeordnet sind, mit einer höheren Geschwindigkeit ausgestoßen, da sich dieser Bereich infolge des Gasdrucks oder Druckstoßes stärker wölben wird als die Randbereiche und demzufolge die Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte in diesem Bereich größer sind.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann die Verdickung der Membran in denjenigen Bereichen, auf deren Oberfläche der Stoff 3 aufgebracht ist, durch eine Verstärkungsplatte 23 erreicht werden. Selbstverständlich kann die Membran jedoch auch einstückig mit einer entsprechenden Verdickung ausgebildet sein. Nach einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform kann auch eine Membran mit konstanter, relativ hoher Dicke verwendet werden, welche eine ringförmige Ausnehmung an einer oder beiden Oberflächen aufweist, wodurch im Bereich der Ausnehmung(en) eine Verjüngung der Materialdicke erreicht wird. In diesen Bereichen wird dann wiederum die elastische oder plastische Deformation vornehmlich auftreten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 kann auch ein Detonator 21 eingesetzt werden, welcher ein detonativ umsetzendes pyrotechnisches Material enthält. Bei einem Aktivieren eines derartigen Detonators wird ein Stoßwelle erzeugt, der sich mit einer entsprechend hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit (beispielsweise größer als 2000 m/s) in Richtung auf die Rückseite der Membran 9 zubewegt. In diesem Fall muss kein zusätz- liches Gas erzeugendes Material 19 im Raum zwischen der Membran 9 und dem Deto- nator 21 enthalten sein. Diese Stoßwelle läuft durch das Material der Membran 9 hindurch und wird auf die Partikel des Stoffs 3 übertragen. Es ist dabei nicht erforderlich, dass die Membran (makroskopisch) deformiert wird. Die Membran kann in diesem Fall relativ dick und steif ausgebildet sein. Denn wenn die Schallgeschwindigkeit in der Membran in Ausstoßrichtung kleiner ist als die Geschwindigkeit des vom Detonator 21 erzeugten Druckstoßes, geht der Druckstoß mit nur geringer Dämpfung durch die Membran hindurch. Damit kann auch auf diese Weise ohne eine makroskopische Deformation der Membran ein Ablösen der Partikel des zu injizierenden Stoffs 3 von der Oberfläche der Membran 9 und ein Ausstoßen der Partikel mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit erreicht werden.
Selbstverständlich können diese beiden Mechanismen zum Ablösen und Beschleunigen der Partikel des zu injizierenden Stoffs 3 auch kombiniert auftreten.
An dieser Stelle sei daraufhingewiesen, dass das Aufhängen des zu injizierenden Stoffs
3 auf die Oberfläche der Membran 9 einfach dadurch erfolgen kann, dass der zu injizierende Stoff mit der Membranoberfläche in Kontakt gebracht wird. Insbesondere bei Partikelgrößen < 10 μm sind die Adhäsionskräfte zwischen den Partikeln und der Membranoberfläche ausreichend groß, um die Partikel an der Oberfläche zu fixieren.
Zusätzlich oder auch für größere Partikel kann auf der Membranoberfläche ein Haftvermittler aufgebracht sein, beispielsweise in Form eines Klebstoffs, Gels, oder eines Silikonöls. Die Vorrichtungen nach den Figuren 1 und 2 können beispielsweise als nur einmal verwendbare Vorrichtungen ausgebildet sein. Die Ausstoßöffnung der Vorrich- tung kann hierbei beispielsweise mittels einer Schutzfolie verschlossen sein, die erst kurz vor dem Gebrauch abgenommen wird. Die Gehäuse 5 dieser Vorrichtungen können in das Gehäuse einer Haltevorrichtung eingesetzt werden, in welcher auch ein Teil der Aktivierungseinrichtung enthalten ist, beispielsweise eine elektrische Ansteuerung für elektrische Aktivierungseinrichtungen im Gehäuse 5. Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines ausreichend hohen Impulses auf eine Membran 9, um den auf deren Oberfläche aufgebrachten zu injizierenden Stoff 3 abzulösen und die betreffenden Partikel mit ausreichender Geschwindigkeit auszustoßen. Hierbei ist die Membran 9 in Pfeilrichtung, d. h. axial bzw. in Ausstoßrichtung verschiebbar in einem Gehäuse angeordnet bzw. geführt. Vor der
Membran ist eine Anschlagplatte 25 vorgesehen, welche fest im Gehäuse gehalten ist. Zwischen Anschlagplatte 25 und Membran 9 ist ein kompressibles Element 27 vorgesehen, welches beispielsweise aus einem weichen Kunststoff bestehen kann. An der rückwärtigen Seite der Membran ist eine Prallplatte 29 angeordnet, auf welche die Druckkräfte wirken, die von dem Gas erzeugenden Material erzeugt werden. Die Elemente 25, 27, 9 und 29 können unmittelbar benachbart im Gehäuse gehalten sein. Bei einem Ausüben entsprechend hoher impulsartiger Druckkräfte auf die Prallplatte 29, welche ebenfalls zusammen mit der Membran 9 verschiebbar im Gehäuse gehalten ist, werden die Prallplatte 29 und die Membran 9 kurz in Ausstoßrichtung beschleunigt, wobei das kompressible Element 27 in seiner Dicke komprimiert wird. Diese Kompression kann elastisch oder plastisch folgen. In jedem Fall wird hierdurch die Membran 9 in Ausstoßrichtung beschleunigt und verzögert, wodurch wiederum ausreichend hohe Beharrungskräfte auf die Partikel des Stoffs 3 entstehen, die zu deren Ablösen führen.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann die Anschlagplatte 25 anstelle eines ausreichend großen zentralen Durchbruchs (wie auch das ringartige kompressible Element 27) eine Vielzahl kleiner Durchbrüche aufweisen, wodurch ein entsprechendes Injektionsmuster erzeugbar ist. Selbstverständlich kann die Prallplatte 29 auch als Kolben ausgebildet sein, welcher nicht unmittelbar an der Rückseite der Membran 9 anliegt, sondern zunächst mittels des erzeugten Gasdrucks beschleunigt wird und anschließend auf die Membran 9 auftrifft. In gleicher Weise kann auch das kompressible Element 27 entfallen oder zwischen dem Element 27 und der Membran 9 in der Ausgangslage ein vorbestimmter Abstand bestehen. Auf diese Weise wird zunächst die Membran verschoben, bevor sie auf den Anschlag auftrifft. Auch hierdurch lässt sich die vorstehend erläuterte Funktion erreichen. In der Regel wird entweder ein Druckstoß, eine Stoßwelle oder eine schnelle Masse auf die Prallplatte 29 auftreffen.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung 1 zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs ist als mehrfach verwendbare Vorrichtung ausgebildet. In einem
Gehäuse 5 ist ein Gasgenerator 31 vorgesehen, welcher austauschbar im Gehäuse gehalten ist. Der Gasgenerator 31 umfasst seinerseits ein Gehäuse 33, welches an seiner Vorderseite eine Austrittsöff ung 35 für das erzeugte Gas aufweist. An seiner Rückseite ist das Gehäuse 33 mittels einer abdichtenden Scheibe 37 verschlossen. An ihrer rück- seifigen Oberfläche trägt die Scheibe 37 einen zentralen kreisförmigen elektrischen
Kontakt 39 und einen ringförmigen Kontakt 41. Die Kontakte 39 bzw. 41 sind mit einem Glühdraht 17 verbunden, welcher sich in den Innenraum des Gehäuses 33 erstreckt. Der Innenraum des Gehäuses 33 ist wiederum zumindest teilweise mit einem Gas erzeugenden Material 19 gefüllt, welches mit dem Glühdraht 17 aktivierbar ist. Im rück- wärtigen Ende der Vorrichtung 1 ist eine Batterie 43 gehalten, deren einer Kontakt dauernd über einen zentralen Stift 45 mit dem ringförmigen Kontakt 39 des Gasgenerators 31 in Verbindung steht. Der andere Kontakt der Batterie kann mittels einer Drucktaste 47 über elektrisch leitende Teile des Gehäuses 5 mit dem ringförmigen Kontakt 41 des Gasgenerators 31 in Verbindung gebracht werden.
Wird die Vorrichtung 1 auf das zu injizierende Gewebe aufgesetzt und anschließend die Drucktaste 47 betätigt, so wird der Gas erzeugende Stoff 19 mittels des Glühdrahts 17 angezündet. Das erzeugte Gas tritt über die Austrittsöffhung 35 aus und beaufschlagt einen vorzugsweise abdichtend im vorderen Bereich des Gehäuses 5 geführten Kolben 49. Dieser wird durch den Gasdruck beschleunigt und in Richtung auf die im vorderen
Bereich des Gehäuses 5 gehaltene Membran 9 beschleunigt. Dabei sind im Gehäuse 5 in der Nachbarschaft der Rückseite der Membran 9 Ausströmöffnungen 51 vorgesehen, um die Beschleunigung des Kolbens 49 nicht infolge eines vor dem Kolben zu komprimierenden Gasvolumens zu behindern und um damit den Druckanstieg beim Auftreffen auf die Membran 9 steiler zu machen. Der Kolben 49 trifft mit einer definierten Ge- schwindigkeit auf die Membran 9 auf und überträgt damit eine impulsartige Kraft auf die Membran 9. Diese wird, wie vorstehend erläutert, deformiert, wodurch sich die Partikel des Stoffs 3 ablösen und durch die Ausstoßöffnung 7 austreten. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfuhrungsfonn ist im Bereich der Ausstoßöffnung, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert, eine plattenförmige Blende 53 vorgesehen, welche ein bestimmtes Muster von kleineren Durchbrüchen aufweist.
Die Position und Dimensionierung der Ausströmöffnungen 51 kann in Bezug auf die Dicke des Kolbens 49 so gewählt sein, dass die Ausströmöffnungen 51 vom Kolben verschlossen sind, nachdem dieser eine Endposition in unmittelbarer Nachbarschaft der
Membran 9 erreicht hat. Auf diese Weise wird vermieden, dass das erzeugte Gas in die Umgebung austritt und sich störend oder gefährdend auswirkt.
Gegebenenfalls kann die Lage der Ausströmöffnungen 51 auch so gewählt werden, dass ein vorbestimmter axialer Abstand zwischen den Ausströmöffnungen 51 und der
Membran vorliegt. In diesem Fall erfolgt ein Komprimieren des Gasvolumens zwischen der Rückwandung der Membran und der Vorderseite des Kolbens, sobald der Kolben die Position der Ausströmöffnungen 51 (in Richtung der Ausströmöffnung) passiert hat. Hierdurch erfolgt bereits ein gewisses Druckbeaufschlagen bzw. Vorspannen der Membran 9, bevor der Kolben 49 auf diese auftrifft.
Gegebenenfalls kann auch vollständig auf Ausströmöffnungen 51 verzichtet werden. Im Extremfall erzeugt der Kolben 49 dann nur noch einen Druckstoß bzw. einen impulsartigen Druck, ohne selbst auf die Membran aufzutreffen.
Wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Gasgenerator 31 so im Gehäuse 5 gehalten sein, dass dieser von einem Ringraum 55 umgeben ist. Dieser Ringraum kann als Co- Volumen dienen, in welches die erzeugten Gase ebenfalls eindringen. Durch die Wahl der Größe des Co-Volumens kann der Verlauf des Druckanstiegs und damit die Beschleunigung des Kolbens 49 gesteuert werden. Selbstverständlich kann auch die Austrittsöffhung 35 des Gasgenerators 31 mittels einer zerstörbaren Membran verschlossen sein. Auf diese Weise lässt sich ein sehr steiler und schneller Druckanstieg erzeugen, abhängig von der Berstkraft der Membran.
Die Größe des Co-Volumens kann bei der Ausführungsform nach Fig. 4 dadurch verändert werden, dass unterschiedliche Gasgeneratoren mit einem unterschiedlichen Außendurchmesser verwendet werden. Beispielsweise kann das eigentliche Gehäuse 33 des Gasgenerators 31 mit einer Schicht 57 bestimmter Dicke umgeben sein. Je dicker die Schicht 57, um so geringer ist das sich ergebende Co-Volumen.
Wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Gasgenerator 31 auch so ausgebildet sein, dass die abdichtende Scheibe 37 verschiebbar im Gasgenerator geführt ist. Diejenigen Gehäuseteile, die den Gasgenerator bzw. die Scheibe 37 an ihrer Rückseite beaufschlagen, um bei einer Umsetzung des Gas erzeugenden Materials 19 eine Vergrößerung des Volumens des Gasgenerators 31 zu verhindern, können verschiebbar im Gehäuse 5 geführt sein. Ein oder mehrere Anschlagringe 59 können dazu dienen, um als Anschlag für die verschiebbaren Gehäuseteile zu wirken. Je weniger Anschlagringe 59 verwendet werden, um so weiter können die verschiebbaren Gehäuseteile nach einem Einsetzen in das Gehäuse die Scheibe 37 des Gasgenerators 31 in dessen Innenraum hineindrücken und dabei das Volumen des Raums, in welchem das Gas erzeugt wird, verändern. Auf diese Weise kann ein und derselbe Gasgenerator zur Erzeugung unterschiedliche Druckverläufe verwendet werden.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 4 dadurch, dass zusätzlich zum Kolben 49 ein weiterer Kolben 61 verwendet wird. Dieser Kolben ist in seiner Ausgangsposition im Gehäuse fixiert und weist hierzu einen seitlichen Bereich 61a auf, der fest im Gehäuse 5 gehalten ist. Nach dem Aktivieren des Gas erzeugenden Materials 19 wird der Kolben 49 beschleunigt und kompri- miert das vor ihm und hinter dem weiteren Kolben 61 befindliche Gasvolumen. Wird ein bestimmter Druck überschritten, so bricht der eigentliche Kolbenbereich 61b des Kolbens 61 aus und wird seinerseits beschleunigt. Durch die Wahl der Druckschwelle, bei der der Kolbenbereich 61b ausbricht, kann festgelegt werden, wie schnell der ausgebrochene Kolbenbereich 61b in Richtung auf die im Gehäuse gehaltene Membran 9 beschleunigt wird. Hierdurch ergibt sich wiederum ein entsprechend steiler Druckanstieg bei der Komprimierung des Gasvolumens zwischen der Vorderseite des Kolbenbereichs 61b und der Rückseite der Membran 9. Der Bereich zwischen der Membran 9 und dem Kolbenbereich 61b ist als Auffangbereich 63 ausgebildet. Dieser dient dazu, um den ausgebrochenen und beschleunigten Kolbenbereich 61b zu verzögern und auf- zufangen. Der Auffangbereich 63 ist in Richtung auf die Rückseite der Membran 9 verjüngend ausgebildet. Hierdurch wird eine Deformation des Kolbenbereichs 61b während des Auffangens erreicht. Damit ergibt sich einerseits eine abdichtende Wirkung und andererseits wird während des Auffangens gleichzeitig die Vorderseite des Kolbenbereichs 61b gegenüber dem Massenschwerpunkt beschleunigt. Hierdurch ergibt sich eine Beschleunigung des vorderen verjüngten Teils des Kolbens 61 und damit eine höhere Aufprallgeschwindigkeit des Kolbenmaterials auf die Membran 9. Hierdurch wird ein Aufsteilen des Druckanstiegs erreicht, der auf die Membran 9 übertragen wird. Die Funktionsweise des Ablösens des zu injizierenden Stoffs 3 von der Oberfläche der Membran 9 erfolgt wie vorstehend beschrieben.
Wie in Fig. 5b dargestellt, kann sich der deformierte und aufgefangene Kolbenbereich in seiner Endstellung praktisch unmittelbar an der Rückseite der Membran 9 befinden. Gegebenenfalls kann dieser auch auf die Membran 9 auftreffen und auf diese Weise einen (zusätzlichen) Impuls auf die Membran übertragen.
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung 1 zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs 3, welcher auf einer in einem Gehäuse 5 gehaltenen Membran 9 angeordnet ist. Ahnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird hier ein Anzündstück 21 verwendet, um ein Gas erzeugendes Material 19 anzuzünden, welches in einem Raum vorgesehen ist, in welchem das A-ozündstück 21 hineinragt und welcher mittels der Membran 9 verschlossen ist.
Im Unterschied zu allen anderen, vorstehend erläuterten Ausführungsformen erfolgt bei der Ausfülirungsform nach Fig. 6 jedoch eine Zerstörung der Membran.' Hierzu ist die
Membran in Bezug auf die Art und Menge des Gas erzeugenden Materials entsprechend gewählt. Die Membran kann hierzu beispielsweise aus einer dünnen Kunststofffolie bestellen, welche als Träger für den Stoff 3 dient. Auch bei einem Zerstören der Membran 9 wird der Stoff 3 von deren Oberfläche abgelöst und in Richtung auf die Austritts- Öffnung 7 beschleunigt. Zur weiteren Beschleunigung der Partikel des Stoffs 3, die vom erzeugten Gas mitgerissen werden, ist der vordere Bereich des Gehäuses 5 als Düsenbereich 65 ausgebildet. Dieser kann, wie in Fig. 6 dargestellt die Form einer Laval-Düse aufweisen.
Da bei dieser Ausfülirungsform die Partikel des zu injizierenden Stoffs 3 vom erzeugten
Gas (quasi aerodynamisch) mitgerissen und beschleunigt werden müssen, muss selbstverständlich auch eine hierzu ausreichende Gasmenge erzeugt werden.
Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pul- verförmigen Stoffs stimmt in ihrem rückwärtigen Bereiche konstruktiv weitestgehend mit der Ausführungsform nach Fig. 4 überein. Der vordere Bereich, in welchem die Membran 9 gehalten ist, weist wieder einen Düsenbereich 65 auf, in welchen die Partikel des zu injizierenden Stoffs nach einem Zerstören der Membran 9 beschleunigt werden. Die Zerstörung der Membran 9 erfolgt durch die Beschleunigung des Kolbens 49 mittels der vom Gasgenerator 31 erzeugten Gase. Die Zerstörung der Membran erfolgt entweder bereits durch den Druck des vom Kolben 49 komprimierten Gasvolumens zwischen Kolben und Membran oder durch das Auftreffen des Kolbens 49 auf die Membran 9. Vor dem Düsenbereich 65 und in Ausstoßrichtung nach der Membran 9 ist ein Auffangbereich 63 für den Kolben 49 vorgesehen. Die Funktion dieses Auffangbe- reichs wurde bereits in Verbindung mit Fig. 5 erläutert. Im Unterschied zu der Ausfüh- rungsform nach Fig. 5 erfolgt die Zerstörung hier jedoch durch den vom Kolben erzeugten Gasdruck bzw. durch einen von Anfang an lose im Gehäuse geführten Kolben, der nicht ausgebrochen werden muss. Selbstverständlich wäre jedoch auch die Verwendung eines ausbrechbaren Kolbens möglich.
Durch die verjüngende Form und die hierdurch verursachte Deformation des Kolbens während des Auffangens (hierzu wird der Kolben vorzugsweise aus einem relativ weichen deformierbaren Material hergestellt), folgt wiederum eine Beschleunigung der Vorderseite des Kolbens gegenüber dessen Massenschwerpunkt und damit eine Erhö- hung des Drucks bzw. ein steilerer Druckverlauf der ausgestoßenen Gase.
Die Ausführungsform nach Fig. 8 unterscheidet sich lediglich dadurch, dass im Bereich zwischen Kolben 49 und Membran 9 Ausströmöffnungen 51 vorgesehen sind. Damit erfolgt eine wesentliche Kompression des Gasvolumens zwischen Kolben und Memb- ran erst dann, wenn der Kolben die Ausströmöffnung 51 passiert hat. Damit lässt sich ein steilerer Druckverlauf erreichen.
Die Ausführungsform in Fig. 9 entspricht hinsichtlich ihrer Wirkungsweise der Ausführungsform in Fig. 3. Die Membran 9 ist verschiebbar im Gehäuse 5 gehalten, wobei zwischen einem Haltering 11 und der Membran 9 ein kompressibles ringförmiges Element 27 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch das Gas erzeugende Material 19 an der der Austrittsöffnung 7 abgewandten Oberfläche der Membran 19 aufgebracht. Das Aktivieren dieses schlagempfindlichen Materials erfolgt mittels einer mechanischen Aktivierungseinrichtung, die aus einem Federplättchen 67 besteht, wel- ches eine zentrische konvexe Wölbung 67a aufweist. Die Wölbung 67a ist im Ausgangszustand so gewölbt, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist Die Wölbung 67a kann mittels eines nicht näher dargestellten Betätigungselements beaufschlagt werden und springt bei Überschreiten einer bestimmten Betätigungskraft in eine konvexe gespiegelte Stellung um, die in Fig. 9 gestrichelt eingezeichnet ist. Hierdurch erhält die Membran einen kurzen Schlag, wodurch das Material 19 auf der Oberfläche der Memb- ran aktiviert wird. Die Betätigung des Federplättchens 67 kann durch eine flexible Ab- deckplatte 69 hindurch erfolgen.
Durch das Aktivieren des Gas erzeugenden Materials 19 werden durch den Rückstoß impulsartige Kräfte auf die Membran ausgeübt. Diese und gegebenenfalls zugleich ein Druckanstieg im Raum zwischen der Membran und dem Federplättchen 67 führen zu einer Beschleunigung und Verschiebung der Membran 9 infolge einer Kompression des Elements 27. Durch die anschließende Verzögerung der Membran werden die Partikel des Stoffs 3 in der bereits beschriebenen Weise abgelöst.
Selbstverständlich kann die Membran 9 auch, wie vorstehend erläutert, fest im Gehäuse gehalten sein, wobei ein Ablösen des Stoffs 3 durch eine Deformation der Membran 9 erfolgen kann.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, die vorstehend in Verbindung mit einer bestimmten Ausführungsform erläutert sind, auch in sinnvoller Weise mit anderen Ausführungsformen kombinierbar sind.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zum nadellosen Injizieren eines staub- oder pulverförmigen Stoffs in ein Gewebe eines Körpers
a) mit einem Gehäuse (5), welches eine Austrittsöffhung (7) für den zu injizierenden staub- oder pulverförmigen Stoff (3) aufweist und
b) in welchem eine Membran (9) gehalten ist, welche auf der der Austrittsöffnung (7) zugekehrten Oberfläche den staub- oder pulverförmigen Stoff (3) trägt,
c) mit einem im Gehäuse vorgesehenen aktivierbaren, Gas erzeugenden Material und
d) mit einer Aktivierungseinrichtung (17, 21, 67) für das Aktivieren des Gas erzeugenden Material (19),
e) wobei das Gas erzeugende Material (19) hinsichtlich Menge und Beschaffenheit so gewählt ist und die Membran (9) so ausgebildet und im Gehäuse (5) gehalten ist, dass bei einem Aktivieren des Gas erzeugenden Materials (19) infolge eines definierten Druckstoßes ein definierter Impuls mittelbar oder unmittelbar auf die Membran (9) übertragen wird,
f) wobei der auf die Membran (9) übertragene Impuls so bestimmt ist, das ein ausreichender Impuls auf den staub- oder pulverförmigen Stoff (3) übertragen wird, der dazu führt, dass sich Stoffpartikel des staub- oder pulverför- migen Stoffs (3) von der Membran (9) ablösen und so hoch beschleunigt werden, dass die Stoffpartikel eine ausreichende Geschwindigkeit aufweisen, um mindestens eine vorbestimmte Tiefe in das Gewebe eindringen zu können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas erzeugende Material (19) ein pyrotechnisches Material oder ein explosionsfähiges Gasgemisch ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas erzeugende Material (19) in einer Kammer des Gehäuses (5) angeordnet ist, wobei nach dem Aktivieren des Gas erzeugenden Materials (19) ein Druckstoß oder einer steiler Druckanstieg erzeugt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstoß oder der steile Druckanstieg unmittelbar auf die Membran (9) übertragen wird und bei
Auftreffen auf die Membran einen ausreichenden Impuls auf diese überträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Druckstoßes oder mittels des steil ansteigenden Gasdrucks ein im Gehäuse geführtes Kolbenelement (49) beaufschlagt wird, welches hierdurch so hoch beschleunigt wird, dass es bei einem Auftreffen auf die Membran (9) den erforderlichen Impuls auf diese überträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (49) so ausgebildet ist, dass es auch während seiner Verschiebebewegung den
Raum, dem es mit seiner durch den Gasdruck beaufschlagten Seite zugewandt ist, abdichtet, wobei das Kolbenelement (49) hierzu vorzugsweise im Bereich dieser Seite selbstlidernd ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Ansprach 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (49) im Gehäuse (5) so gehalten oder angeordnet ist, dass es erst bei Beaufschlagung mit einem Druck, welcher einen vorbestimmten Schwellenwert ü- berschreitet, seine Haltekraft überwindet und schlagartig beschleunigt wird oder dass das Kolbenelement (61) mit einem Haltebereich (61a) im Gehäuse (5) gehalten ist und bei Beaufschlagung mit einem Druck, welcher einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, ein Kolbenbereich (61b) des Kolbenelements (61) ausbricht und schlagartig beschleunigt wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (49, 61) infolge seiner Verschiebebewegung im Raum zwischen ihm und der Membran einen steilen Druckanstieg oder einen Druckstoß erzeugt.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) so ausgebildet und dimensioniert ist und mittels des Gas erzeugenden Materials (19) ein solcher Druckanstieg oder ein solcher Druckstoß erzeugt oder ein Kolbenelement (49, 61) vorbestimmter Masse auf eine solche Geschwindigkeit beschleunigt wird, dass in Folge des auf die Membran (9) wirkenden Druckanstiegs oder Druckstoßes oder in Folge des auf sie auftreffenden Kolbenelements (49, 61) die Partikel des staub- oder pulverförmigen Stoffs (3) abgelöst und aus dem Gehäuse ausgestoßen werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) si ausgebildet ist, dass sie durch den steilen Druckanstieg oder Druckstoß oder durch das auf sie auftreffende Kolbenelement (49, 61) nicht zerstört wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) aus einem Material besteht, so dimensioniert und so im Gehäuse (5) gehalten ist, dass die Schallgeschwindigkeit in der Ausstoßrichtung kleiner ist als die Geschwindigkeit des auf sie auftreffenden Druckstoßes.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) zumindest in einem Teilbereich so flexibel ausgebildet ist, dass sie durch den steilen Druckanstieg, den auf sie auftreffenden Drackstoß oder das auf sie auftreffende Kolbenelement (49, 61) so deformiert wird, dass bei einer Verzögerung der betreffenden Membranbereiche auf die Partikel des zu injizierenden Stoffs (3) negative Beschleunigungskräfte wirken, dass eine Ablösung der Partikel von der Membran (9) und ein Ausstoßen der Partikel aus dem Gehäuse erfolgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) im Bereich, in dem der zu injizierende staub- oder pulverförmige Stoff aufge- bracht ist, so dick ausgebildet ist, dass im Wesentlichen keine Deformation dieses
Bereichs bei einer Übertragung des erzeugten Impulses auf die Membran (9) erfolgt.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass in Ausstoßrichtung des zu injizierenden Stoffs (3) vor der Membran (9) ein in Richtung senkrecht zur Membranebene kompressibles Element (27) angeordnet ist, welches als bei Übertragung eines Impulses auf die verschiebbar im Gehäuse geführte Membran (9) von dieser komprimiert wird, wobei das kompressible Element (27) vorzugsweise aus einem weichen Kunststoff besteht und gleichzeitig als Dichtelement dient.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) so ausgebildet und im Gehäuse (5) gehalten ist, dass diese bei einer Beaufschlagung mit einem steilen Druckanstieg oder Druckstoß oder einem auf diese auftreffenden Kolbenelement (49, 61) zerstört wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) unmittelbar von dem erzeugten Gas beaufschlagt wird, wobei das Gas erzeugende Material (19) vorzugsweise Tetrazen oder eine aktivierbare Stoffmischung ist, welche im Wesentlichen nur Stickstoff erzeugt.
17. Vorrichtung nach Ansprach 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) mittels eines steilen Druckanstiegs oder unmittelbaren Impulses beaufschlagt wird, welcher in Folge einer Verschiebung eines Kolbenelements (49, 61) ent- steht, welches durch das vom Gas erzeugenden Material (19) erzeugte Gas beaufschlagt und beschleunigt wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausstoßrichtung nach der Membran (9) ein Düsenbereich (65) ausgebildet ist, der zur Beschleunigung des die Partikel tragenden Gasstroms dient.
19. Vorrichtung nach Ansprach 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausstoßrichtung vor dem Düsenbereich (65) ein Auffangbereich (63) für das Kolbenelement (49, 61) vorgesehen ist, welcher vorzugsweise in Ausstoßrichtung ver- jungend ausgebildet ist, wobei das Kolbenelement (49, 61) nach dem Auffangvor- gang vorzugsweise abdichtend im Auffangbereich (63) gehalten wird.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (49, 61) aus einem deformierbaren Material besteht, wobei der Auffangbe- reich (63) und das Kolbenelement (49, 61) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich das Kolbenelement (49, 61) während des Verzögerns im Auffangbereich unter Reduzieren des Durchmessers deformiert.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass im Gehäuse (5) ein vorzugsweise separat ausgebildeter Detonator oder ein vorzugsweise separat ausgebildetes Anzündstück angeordnet ist, in welchem das pyrotechnische Material vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Gas erzeugende Material (19) in einem separat ausgebildeten und austauschbar im Gehäuse gehaltenen Gasgenerator (31) angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprache 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas erzeugende Material (19) auf der der Ausstoßöffhung abgewandten Ober- fläche der Membran (9) angeordnet ist und vorzugsweise so gewählt ist, dass es mittels eines kurzen mechanischen oder thermischen Impulses aktivierbar ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Impuls von einer starken Lichtquelle erzeugt wird, beispielsweise einem Laser.
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