專利名稱：帶有模塊化儲液器的無針注射器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的技術領域屬于預裝藥的一次性無針注射器，其由一氣體發(fā)生器進行作用，用于醫(yī)學或獸醫(yī)學治療中來執(zhí)行液態(tài)有效成分的皮內注射、皮下注射或肌內注射。
根據(jù)本發(fā)明的無針注射器具有一個特別的特征通過簡單地改變其儲液器，就能注射可變劑量的液態(tài)有效成分，且在整體上保留了儲液器其余的所有特征。
以這樣的方式，無須對無針注射器的幾何尺寸進行改動、或無須根據(jù)所要注射液態(tài)有效成分的劑量改造氣體發(fā)生器，就可以容易地而低成本地設計出分段式無針注射器，這種注射器能注射劑量正確的液態(tài)有效成分。
用于可變劑量注射液態(tài)有效成分的無針注射器在現(xiàn)有技術中是存在的，在此方面已有了很多專利。
例如可參見美國專利US4913699，該專利中描述了這樣一種無針注射器其被設計成可容納變劑量的液態(tài)有效成分。通過調整一位于上游位置的推送柱塞與一小截面柱塞堵頭之間的截面積之差，可調節(jié)液體離開注射器時的壓力，其中的柱塞堵頭位于末端處的注射腔道中。專利文件WO00/10630也涉及一種無針注射器，除了其它特征之外，其還具有一特別的特征通過減小推送柱塞的行程來實現(xiàn)液態(tài)有效成分的變劑量排送。具體來講，標準尺寸的、用于儲存有效成分的儲液器被系統(tǒng)性地充注到最大容量，且可通過一壓力釋放通氣孔系統(tǒng)來減小柱塞的行程，這樣，柱塞就可確保儲液器中所容納有效成分只有一部分被注射出去。在減小了柱塞行程的情況下，注射之后儲液器底部中仍留有一些液態(tài)有效成分。
最后，可參見專利95/03844，該專利涉及一種無針注射器，其也具有這樣的特性通過減小推送柱塞的行程，能改變有效成分的注射量。在此情況下，對一旋扭的旋擰會使得柱塞發(fā)生位移，與此同時還對一彈簧進行了壓縮。當柱塞處于所需位置上時，扣動注射器從而釋放所述柱塞，所述柱塞由被釋放的彈簧推動。
本發(fā)明的主題是一種無針注射器，其包括一氣體發(fā)生器；一由管體形成的儲液器，管體由一上游側柱塞堵頭和一下游側堵頭封閉，在兩堵頭之間容納有液態(tài)有效成分；以及一注射裝置，其特征在于所述注射器能基于這樣的事實而實現(xiàn)有效成分的變劑量注射通過使下游側柱塞堵頭在管體中發(fā)生位移，可調節(jié)位于兩柱塞堵頭之間的容積，使其與有效成分的待注射量相適應。
原因在于，以這樣的方式來設計根據(jù)本發(fā)明的無針注射器的尺寸使得無論儲液器的尺寸如何變化，其注射能力都保持不變。在本專利申請的下文中，將由兩個柱塞堵頭形成的組件以及液態(tài)有效成分統(tǒng)稱為“液柱”。
最好是下游側柱塞堵頭在最初時完全置于管體中，而不從管體中突出。
總體上講，根據(jù)本發(fā)明的無針注射器用于完全地向皮膚下注射液態(tài)有效成分，且不會由于注射速度不足而在皮膚上損失所述的有效成分。因而，在一第一階段中，氣體發(fā)生器能向液態(tài)有效成分施加非常高的速度，從而保證有效成分具有穿透皮膚的瞬態(tài)能量，在一第二階段中，由于壓力幾乎為恒定的，所以能使液體保持足夠的速度，從而可確保一旦對皮膚穿孔之后，液體在整個注射過程中都能穿透皮膚。由于所述柱塞堵頭的移動，發(fā)生器釋放出的氣體會在所述發(fā)生器與上游側柱塞堵頭之間形成一個加壓空間。該加壓空間與一氣體膨脹室相對應，到注射結束時，該加壓空間的容積一直在增加。當注射器未進行注射時，所述膨脹室最好是不存在的。但是，可以理解根據(jù)本發(fā)明的無針注射器可在氣體發(fā)生器與推送柱塞堵頭之間留有一自由空間。通常，由于氣體發(fā)生器輸送氣體，所述發(fā)生器與上游側柱塞堵頭之間空間內的壓力會隨時間而變化，在一第一階段中，會出現(xiàn)一高幅值的瞬時壓力峰值，而后，在一第二階段中，能建立起幾乎恒定的壓力，該壓力始終大于執(zhí)行注射的閾值壓力。此處所用的術語“氣體發(fā)生器”是一個總稱，該術語指代一種能量源，而不涉及這種能量源的具體差別，當該能量源被使用者觸發(fā)時，其能在注射器中產(chǎn)生氣體。
該氣體發(fā)生器最好是一煙火氣體發(fā)生器，其包括煙火裝藥以及一發(fā)火系統(tǒng)。
優(yōu)選的是所述發(fā)火系統(tǒng)包括一撞擊裝置和一起爆器。還可以采用基于壓電晶體或粗糙面形式的發(fā)火系統(tǒng)，其中的粗糙區(qū)域是由兩摩擦面構成的，這兩摩擦面的移動會構成一點火區(qū)域。與儲存加壓氣體的方案相比，采用煙火裝藥的優(yōu)點是占用很小的空間，并能使注射器的內部免于始終受高壓作用—包括在庫存階段也受高壓作用。煙火裝藥最好是由一種第一火藥與一種第二火藥混合而成，第一火藥的動態(tài)活性大于第二火藥的活性。第一火藥的動態(tài)活性最好大于8(Mpa.s)-1，且第二火藥的動態(tài)活性最好能小于16(Mpa.s)-1。
可按照這樣的方式來獲得能完全地注射液態(tài)有效成分的壓力分布模式采用一種煙火裝藥，其由一種快速燃燒的火藥和一種緩慢燃燒的火藥組成。如果一種火藥的具有很高的動態(tài)活性，則就將其稱為“快速燃燒型”，如果其動態(tài)活性低，則就稱為“緩慢燃燒型”。因而，速燃火藥使得裝藥能在瞬間產(chǎn)生一個非常高的壓力峰值，而為后續(xù)注射設置的慢燃火藥則確保壓力水平能基本上保持恒定，并保持在足夠高的壓力值上，以使得一旦在皮膚上形成穿孔之后，液態(tài)有效成分能穿透過皮膚。這種類型的火藥混合物完全適于根據(jù)本發(fā)明的無針注射器。上述的動態(tài)活性值由下式確定L(z)=1P1Pmax(dP)dt]]>式中，P為火焰行進量為z時的瞬時壓力；Pmax為所能達到的最大壓力；dP/dt為壓力隨時間變化的導數(shù)其中，z=PPmax]]>這些數(shù)值對應于半速燃燒(half-combustion)值，也就是說，在具有如下的條件的一測壓室中，當行進量z＝0.5時的數(shù)值-腔室容積27.8cm3-裝藥密度0.036g/cm3-火藥質量1g被稱為慢燃型的火藥的動態(tài)活性始終應小于速燃型火藥的動態(tài)活性。這兩種火藥最好是松散地混合到一起，也就是說，這兩種火藥以顆粒態(tài)隨機地混合到一起，而沒有特定的混合次序，所混合成火藥的形狀與將要容納該火藥體的容器的形狀相配，同時，在顆粒之間還留有空隙。但是，還可以這樣來進行設計兩種火藥中的至少一種呈現(xiàn)為有序的形態(tài)或其它特定的形式，例如，其可以是多股捆束的形式、或者是具有相當大尺寸的單顆粒形式、甚至可以是聚結團的形式。
兩柱塞堵頭之間的儲液器容積最好能根據(jù)執(zhí)行注射的要求而從0.1毫升變到2毫升。
上游側柱塞堵頭最好是固定設置在管體兩端部的其中一端上。至少有一個柱塞夾置在氣體發(fā)生器和上游側柱塞堵頭之間。上游側柱塞堵頭最好是與柱塞相接觸的。
有利的是管體用厚度在0.5mm到4mm之間的玻璃制成的，且優(yōu)選的是在0.5mm到2.5mm之間。玻璃管體的厚度必須要足夠厚，以承受非常高的內部壓力，從而不會發(fā)生開裂甚至爆裂等非逆轉性的損壞。
兩柱塞堵頭最好是用可變形材料制成的。尤其是利用某些合成橡膠材料模制而成，這些合成橡膠材料可長時間與液態(tài)有效成分相容共存。這些合成橡膠材料例如為氯丁基橡膠或溴丁基橡膠。注射裝置最好包括至少兩條環(huán)周注射導管，它們位于一中空部件的外側，中空部件作為下游側柱塞堵頭的承座，所述中空部件的深度使得當所述下游側柱塞堵頭接觸到所述中空部件的底部時，環(huán)周導管的入口處留有空隙。
在該注射器工作時，液柱發(fā)生移動，直到使下游側的柱塞堵頭壓塞到中空部件中為止。一旦該柱塞堵頭壓入到所述部件中之后，該柱塞堵頭就略微發(fā)生變形從而空出側面注射導管的入口，使得有效成分能從注射導管排出。管體的長度最好為定值。具體來講，根據(jù)本發(fā)明的無針注射器是與標準尺寸的儲液器配套使用的，其中的標準尺寸是由管體的長度規(guī)定的，兩柱塞堵頭之間內部體積的變化對儲液器的外部尺寸沒有影響。柱塞最好是插入到一中空體中，中空體的內徑與管體的內徑相等，中空體位于管體的延長段上，所述中空體和所述管體被保持在一封套中。
封套最好是用塑料制成的，并對管體略微施加壓力，從而增強其抵抗剪切作用的能力。以這樣的方式，就可以使管體承受更大的內部壓力。根據(jù)本發(fā)明的一種備選實施例，儲液器包括管體和兩個柱塞堵頭，儲液器構成了一個與所述注射器獨立的部件。換言之，可以在任何時候將儲液器插入到注射器中、或從注射器中抽出。類似地，還可單獨地在儲液器中充入精確劑量的有效成分，然后再將其插入到注射器中。
最好在下游側柱塞堵頭與中空部件的底部之間留有一自由空間。這樣，無論要注射多大量的有效成分—從而無論下游側柱塞堵頭在管體中處于任何位置，在適當?shù)淖⑸溟_始發(fā)生之前，液柱都要有相當大的一段位移。所要注射的藥品量越少，下游側柱塞堵頭距離上游側柱塞堵頭越近，注射發(fā)生之前液柱的行程就越長。在下游側柱塞堵頭與承座的底部之間留有自由空間尤其適合于根據(jù)本發(fā)明的無針注射器。假如膨脹室中壓力隨時間的變化關系適于對液態(tài)有效成分執(zhí)行沒有任何損失的完全注射，則適于小劑量有效成分的注射，因為此條件下，此要求是必不可少的；假如位于下游側柱塞堵頭與承座底部之間的自由空間足夠大，則使液體在開始進行注射之前能被加速到足夠大的速度。加速過程是必要的，以此來補償膨脹室中的壓力降低，壓力的降低是由于液柱的移動而使膨脹室容積增大而造成的。換言之，對于所要注射的有效成分很少的情況，氣體發(fā)生器發(fā)出的氣體將使得液柱在其移動過程中不斷加速。因而，液柱的位移量越大，由于加速效果，液柱撞擊到承座底部上的能量也就越大，這樣，即使膨脹室中的壓力下降很大，也能完成注射。
作為舉例，容有0.5毫升液體的儲液器中壓力增加要比0.2毫升儲液器中的壓力增加出現(xiàn)的早。這可以用這樣的事實來解釋對于0.5毫升的容量，液柱的位移量小于0.2毫升容量的位移量。但最大壓力峰值的幅度對于0.2毫升與0.5毫升兩種情況是相同的，這一現(xiàn)象可用這樣的事實來解釋液柱的沖擊動能可補償液體內在推送力的下降，推力的下降的原因是由于煙火裝藥下游空間的體積增加而使氣體壓力下降。
對于根據(jù)本發(fā)明的無針注射器，無須改變儲液器—甚至氣體發(fā)生器的幾何尺寸或大小，也無須添加其它部件，通過簡單地適配儲液器，就能注射各種劑量的液態(tài)有效成分。因而，不需要作任何的尺寸重新設計和執(zhí)行任何附加的加工，而重新設計尺寸和補充加工會增加成本。
另外，由于儲液器的外部尺寸不論要注射多少量的液態(tài)有效成分都保持不變，所以注射器也可保持其尺寸不變。
最后，對儲液器的適配仍然是簡單而又精確的操作，這樣就可以用手頭現(xiàn)有的無針注射器注射精確劑量的液態(tài)有效成分。
發(fā)火系統(tǒng)包括一撞擊裝置(

圖1中未示出)和一起爆器12。撞擊裝置11可由一按鈕來觸發(fā)，其包括一彈簧和一帶有撞銷的重物。重物被至少一個球體阻擋住，球體楔入在所述重物和按鈕之間，且所述按鈕具有圓形的內槽。
煙火裝藥3是由一種混合物組成的，該混合物包括一種速燃火藥和一種慢燃火藥，速燃火藥例如是一種基于硝化纖維素的多孔火藥，慢燃火藥例如是硝化纖維素(nitrocellulose)基的七邊管狀顆?；鹚?。煙火裝藥3通向一基本為圓筒狀的中空體13中，該中空體自身即為儲液器5管體6的延長段，所述管體6與中空體13延接在一起，并相互接觸，這兩個部件具有相同的外徑。因而，它們相互精確地對正，并由一用塑料材料制成的封套14保持著這樣的狀態(tài)，在裝配完成之后，封套14向中空體13和管體6施加輕微的擠壓作用。封套14端頭的位置近似地位于中空體13長度方向的中間處，并延伸過玻璃管體6，封套14具有一中空的前圓筒部分，該部分形成了一個附加內腔道，該附加腔道與管體6的內腔道合并到一起，所述附加腔道的橫截面大于管體6內腔道的橫截面，并近似等于由一虛圓確定的橫截面，該虛圓代表所述管體6一半厚度處的圓。
附加的腔道中可接納一中空部件15，該部件是由一中空圓柱體構成的，其一端被一圓形平面封閉，所述部件15類似于一中空的圓筒形堵頭。在所述中空體的外側面上，設置了六條縱向槽，這些槽相互平行并均勻分布。
部件15接合到附加的腔道中，并使得-所述部件15的圓形平面與封套前部的自由端平齊；-所述部件15的中空圓筒體的外側壁面與附加腔道的內側壁面相接觸，從而用所述的縱向槽形成了環(huán)周注射導管20，-在管體6的自由端與所述部件15中空圓筒體的自由端之間留有一通道16。
煙火裝藥3所通向的中空圓筒體13全部被推送柱塞4占據(jù)。上游側柱塞堵頭7與玻璃管體6的一端平齊，所述推送柱塞4與煙火裝藥3及所述上游側柱塞堵頭7接觸。
下游側柱塞堵頭8所處位置從管體6的另一端回縮，且在所述管體6中、由兩柱塞堵頭7、8圍成的空間內容納有液態(tài)有效成分9。兩柱塞堵頭7、8是由合成橡膠基的可變形材料制成的。推送柱塞4是由不可變形的材料制成的。在下游側柱塞堵頭8的下游側存在一自由空間19，該空間是由管體6中位于下游側柱塞堵頭8下游的那部分內腔道、以及部件15中的內部空間組成的，其中的部件15類似于一個中空的插塞，所述自由空間19通過六條環(huán)周注射導管20通向注射器1的外部。
注射裝置10包括封套14的前方部件以及與所述前方部件相接合的中空部件15，因而，注射裝置包括位于下游側柱塞堵頭8下游方向的自由空間19以及六條環(huán)周注射導管20。
下面將介紹本發(fā)明該優(yōu)選實施例的工作方法。
用戶以這樣的方式來定位注射器1使其端部頂在要進行治療的患者的皮膚上。在按鈕上施加一壓力，促使其沿注射器1滑動，直到其上的圓形槽與阻擋著重物的球體平齊。球體脫入到圓形槽中，從而松開了對重物的阻擋，重物在脫扣彈簧的作用下，頂向起爆器12，撞栓位于該重物的前方。
這樣就能引發(fā)起爆器12，再由該起爆器來點燃煙火裝藥3。
在速燃火藥的燃燒推力下，推送柱塞4在中空體13、以及管體6的內腔道中急速移動，造成液柱也產(chǎn)生移動。這樣，就在煙火裝藥3和推送柱塞4之間形成了一個氣體膨脹室17。
圖2表示了注射器1在使用過程中的狀態(tài)，更確切來講，表示的是當液柱抵接到承座底部時的狀態(tài)，其中的承座是由中空部件15的內部容積所形成的，中空部件15類似于一個中空的插塞。將圖1與圖2進行對比，可看出在發(fā)生沖擊之前，所述液柱的移動距離是以不斷增加的速度完成的。占據(jù)了整個承座的下游側柱塞堵頭8被稍微地壓扁，這樣就能空出通道16，而通道16則作為注射裝置10上注射導管20的入口，與此同時，上游側柱塞堵頭7則移近被卡陷住的下游側柱塞堵頭8。因而，就以一定的壓力將液態(tài)有效成分9排擠出去，此時的壓力已顯著減小，但仍然大于在將皮膚穿透之后液體擴散所需的閾值壓力，這一過程直至達到圖3所示狀態(tài)為止一即兩柱塞堵頭7、8相互接觸到了一起。
在上游側柱塞堵頭7的移動過程中，膨脹室17的體積不斷增大。在注射過程結束時，在注射器1的儲液器5中將不留下任何液態(tài)有效成分。
作為舉例，參見圖4中的曲線A，其表示了由于煙火裝藥3的燃燒而使所述裝藥3與柱塞4之間空間中的壓力隨時間的變化關系，該壓力變化造成了一個非常高的瞬時壓力峰值，在該壓力峰值之后的階段中，壓力逐漸地連續(xù)降低。非常高的壓力峰值出現(xiàn)在約1毫秒之后，對該壓力峰值來說，壓力降低的階段持續(xù)約20毫秒。曲線B表示了在初始時含有0.5毫升的儲液器5出口處、液態(tài)有效成分9的壓力隨時間的變化關系，該壓力變化也造成了一個非常高的峰值，該峰值之后是一個減壓階段。峰值出現(xiàn)在注射器被觸發(fā)之后的一段時間后，此延時對應于液柱在下游側柱塞堵頭8抵接到中空部件15底部之前的移動行程。
峰值能保持其非常高幅度的原因在于下面兩個現(xiàn)象的結合-氣體壓力對液體9的內在推送力；-液柱在中空部件15底部上的沖擊作用。由于所述液柱在儲液器5中的移動速度是漸增的，所以沖擊發(fā)生在加速階段，由此能利用多余的能量，用此能量來促進對液體的排送。
之后的壓力降低階段基本上與煙火裝藥3和柱塞4之間自由空間內的壓力降低是對應的。
最后，曲線C代表了在初始時含有0.2毫升的儲液器5出口處、液態(tài)有效成分9的壓力隨時間的變化關系，該壓力變化也造成了一個非常高的峰值，該峰值之后是一個減壓階段。由于液柱的移動行程更長，所以峰值的出現(xiàn)時刻要晚于曲線B中的情況。曲線B和C的幅值幾乎是相同的，原因在于雖然在儲液器含有0.2毫升液體的情況下，由于氣體壓力下降的更多，而使氣體發(fā)生器對液體9施加的內在推力降低，但推力的降低被沖擊動能的增加所補償，其中，氣體壓力降的增大是由于煙火裝藥3與柱塞4之間的空間體積增大而造成的，而動能的增大則是由于液柱的加速行程變長而造成的。
圖4中的對比圖線表示了通過簡單地使下游側柱塞堵頭8發(fā)生移動，就能使根據(jù)本發(fā)明的無針注射器1實現(xiàn)其所有的功效首先是在穿透皮膚方面的功效，其次是在使液體9擴散方面的功效。
權利要求
1.無針注射器(1)，其包括一氣體發(fā)生器(2)；一由一管體(6)形成的儲液器(5)，所述管體由一上游側柱塞堵頭(7)和一下游側堵頭封閉，在所述兩堵頭之間容納有液態(tài)有效成分(9)；以及一注射裝置(10)；其特征在于所述注射器(1)能以這樣的方式實現(xiàn)有效成分(9)的可變劑量注射通過使所述下游側柱塞堵頭(8)在所述管體(6)中發(fā)生位移，調節(jié)位于所述兩柱塞堵頭(7、8)之間的容積，使其與有效成分(9)的待注射劑量相適應。
2.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于所述下游側柱塞堵頭(8)在最初時被完全設置在管體(6)中。
3.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于所述氣體發(fā)生器(2)是一煙火氣體發(fā)生器，其包括煙火裝藥(3)和一發(fā)火系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求3所述的無針注射器，其特征在于所述煙火裝藥(3)是由一種第一火藥與一種第二火藥混合而成，第一火藥的動態(tài)活性大于第二火藥的活性。
5.根據(jù)權利要求4所述的無針注射器，其特征在于所述第一火藥的動態(tài)活性大于8(Mpa.s)-1，第二火藥的動態(tài)活性小于16(Mpa.s)-1。
6.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于所述兩柱塞堵頭(7、8)之間的儲液器(5)容積在0.1毫升到2毫升之間變化。
7.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于所述上游側柱塞堵頭(7)固定地設置在所述管體(6)兩端部的其中一端上。
8.根據(jù)權利要求7所述的無針注射器，其特征在于至少有一個柱塞(4)坐置在所述氣體發(fā)生器(2)和所述上游側柱塞堵頭(7)之間。
9.根據(jù)權利要求8所述的無針注射器，其特征在于所述上游側柱塞堵頭(7)與所述柱塞(4)相接觸。
10.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于所述管體(6)用厚度在0.5mm到4mm之間的玻璃制成。
11.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于所述兩柱塞堵頭(7、8)是用可變形材料制成的。
12.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于所述注射裝置(10)包括至少兩條環(huán)周注射導管(20)，它們位于一中空部件(15)的外側，所述中空部件作為所述下游側柱塞堵頭(8)的承座，所述中空部件(15)的深度使得當所述下游側柱塞堵頭(8)剛好接觸到所述中空部件(15)的底部時，露出所述環(huán)周導管(20)的入口。
13.根據(jù)以上權利要求1到10中任一項所述的無針注射器，其特征在于所述管體(6)的長度為定值。
14.根據(jù)權利要求8所述的無針注射器，其特征在于所述柱塞(4)插入到一中空體(13)中，所述中空體的內徑與所述管體(6)的內徑相等，所述中空體位于所述管體的延長段上，所述中空體(13)和所述管體(6)被保持在一封套(14)中。
15.根據(jù)權利要求1所述的無針注射器，其特征在于包括所述管體(6)和所述兩個柱塞堵頭(7、8)的儲液器(5)構成一個與所述注射器(1)獨立的部件。
16.根據(jù)權利要求12所述的無針注射器，其特征在于在所述下游側柱塞堵頭(8)與所述中空部件(15)的底部之間留有一自由空間(19)。
全文摘要
本發(fā)明的技術領域屬于預裝藥的一次性無針注射器，其由一氣體發(fā)生器進行作用，用在醫(yī)學或獸醫(yī)學治療中來執(zhí)行液態(tài)有效成分的真皮下注射、皮下注射或肌內注射。本發(fā)明的無針注射器采用了一種儲液器(5)，該儲液器由一管體(6)構成，管體兩端被一上游側插塞(7)和一下游側插塞(8)封閉，在兩插塞之間容納有液態(tài)有效成分。所述無針注射器的特征在于通過使下游側插塞(8)在管體(6)中發(fā)生位移，可調節(jié)兩插塞(7、8)之間的容積，使該容積與有效成分(9)的待注射量相適應，從而可實現(xiàn)液態(tài)有效成分(9)的變量注射。
文檔編號A61M5/303GK1437489SQ0181150
公開日2003年8月20日 申請日期2001年6月20日 優(yōu)先權日2000年6月22日
發(fā)明者帕特里克·亞歷山大, 貝爾納·布魯奎爾斯, 德尼·羅勒 申請人:克魯斯杰克特公司