一种基于压电转换的无针注射器及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无针注射器研究领域，特别涉及一种基于压电转换的无针注射器及其使用方法。
【背景技术】
[0002]为克服国内外很多药物存在的口服给药难以直达病灶、药物稳定性差和效果差等缺点，目前多以液体形式由专业的医护人员使用带不锈钢针头的注射器通过注射途径给药。由于针头要侵入人体，如果操作不当，经常会诱发感染或造成交叉感染，传播烈性传染病的危险性极高。因此，注射安全问题成为全球临床感染控制的焦点问题。
[0003]近几十年来，研究者提出了一种无针注射技术，它是一种独特的经皮给药方法，该方法利用动力产生的瞬时高压将安瓿瓶内的药液从喷嘴挤压而出形成高速、高压的喷射流，射流的压力足以刺破皮肤，从而击穿皮肤并实现给药。基于上述方法，研发了相应的无针注射器，目前使用的动力通常为压缩弹簧和高压气体。但是，压缩弹簧的回复力和高压气体的压力是无针注射器系统自身给定的，难以针对不同人和动物的皮肤特性进行调节。同时，以弹簧和高压气体为动力的无针注射器存在极其难受的爆破噪音，可能造成严重的局部刺激性。此外，市面上常见的无针注射器在同一时间只能注射一种药液，对需注射两种或两种以上药液的人和动物，只能等待第一种药液注射完毕后重新吸取第二种药液再注射，或者同时使用两支无针注射器进行注射，存在着效率低和成本高的问题。
[0004]因此，研究一种可调的、噪声小、可同时混合多种药液的无针注射器，具有重要的研究价值。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于压电转换的无针注射器，该注射器利用压电型微位移放大机构作为动力源，具有体积较小、噪声小等优点，且适合于一次注射两种或两种以上不同药液，效率高。
[0006]本发明的另一个目的在于提供一种基于上述无针注射器的使用方法，该方法操作简单、能够精确地控制注射器的注射量。
[0007]本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种基于压电转换的无针注射器，包括手柄部分、吸药部分、活塞驱动器部分、给药部分和控制电路部分，所述手柄部分包括一外壳体和一端盖，外壳体内部中空，与端盖形成一空腔，所述活塞驱动器部分和控制电路部分均设置在上述空腔内；所述活塞驱动器部分包括活塞和压电型微位移放大机构，二者固定连接;所述吸药部分设置在手柄部分的前端，其内部设有一中空区域，药瓶中的药液被吸到该中空区域;所述控制电路部分控制压电型微位移放大机构进行收缩和伸长，进而推动活塞做往复运动;所述给药部分设置在吸药部分的前端，吸药部分中空区域中的药液在活塞作用下通过给药部分往外喷射。本发明利用压电型微位移放大机构作为动力源，通过控制其收缩和伸长实现给药，不会产生爆破噪音，同时具有控制精确、体积小的优点。
[0008]优选的，所述外壳体为带手柄的变径阶梯形中空壳体，壳体外侧设有若干个用于放置操作按钮和指示装置的安装孔，所述操作按钮和指示装置均分别与控制电路部分相连。
[0009]更进一步的，所述操作按钮包括吸药按钮、注射按钮、电源开关、剂量调节旋钮，所述指示装置包括电源指示灯、操作指示灯。通过设置上述按钮，使用户操作、使用更方便。
[0010]优选的，所述吸药部分包括吸药管座、滑结、吸药阀座、吸药针头、药瓶卡扣，所述吸药管座包括相互连接的第一圆柱体单元和第二圆柱体单元，第一圆柱体单元内部中空，形成一中空区域，第二圆柱体单元一端与该中空区域相通，另一端通过滑结与吸药阀座连接，吸药针头固定在吸药阀座上方，药瓶卡扣设置在吸药阀座上方用以固定药瓶。所述的滑结为正六棱柱中空结构，内部设有螺纹，用于连接吸药管座和吸药阀座，使拆装简单方便。
[0011]更进一步的，所述第二圆柱体单元为实心结构，其内部设置有若干条内流道和一螺旋流道，螺旋流道的一端与第一圆柱体单元内部中空区域相通，另一端与各个内流道相通;在每个内流道的上端设有一吸药口，每个吸药口分别通过滑结与一吸药阀座密封连接。采用这种结构，可以在吸药阀座上同时放多个药瓶，一次注射两种或两种以上不同药液，实现混药的功能，提尚注射效率。
[0012]更进一步的，所述吸药部分还包括吸药弹簧和吸药阀芯，二者设置在吸药阀座内，组成单向阀。设置该单向阀是为了阻止吸药管座内的药液回流到药瓶。
[0013]更进一步的，所述吸药阀座内圆周面设有卡扣式连接扣，吸药针头外圆周面设有卡扣式连接钩，二者利用扣钩连接方式进行固定。采用这种结构，安装拆卸都比较方便。
[0014]更进一步的，所述吸药针头为二通针头，其中一个通道用于空气流动，其通道口末端用带变径孔的空气塞进行填堵，另一个通道用于药液流动，通道口末端与吸药阀座的上端部密封连接。
[0015]更进一步的，所述药瓶卡扣包括悬臂夹和圆环体，所述悬臂夹设置在圆环体的两侦U，且在二者连接处设有豁口。在放置药瓶时，悬臂夹在微小的压力下发生变形，药瓶端口部位利用豁口进行定位，从而将药瓶固定在吸药阀座上。
[0016]优选的，所述活塞为双重活塞头结构，第一重活塞头为设有多个变径孔的圆锥形结构，在吸药管座第一圆柱体单元内部中空区域做往复运动，第二重活塞头为带密封圈的圆柱形结构，在外壳体中间的圆柱腔内做往复运动。通过设置第一重活塞头，可以在有多种药液混合时，预先对药液进行搅拌。
[0017]优选的，所述压电型微位移放大机构一端与端盖固定连接，包括若干个微位移放大单元，每个微位移放大单元包括一钹型压电驱动器和一机架，钹型压电驱动器由若干个钹型压电驱动单元组成，每个钹型压电驱动单元包括两片钹型金属帽和一个压电陶瓷单元，钹型压电驱动单元之间采用结构上串联、电路上并联的方式相互贴合叠加，机架为椭圆形的框架结构，钹型压电驱动单元置于机架内部，微位移放大机构的一输出端通过螺纹与活塞进行固定连接，另一输出端通过螺栓与端盖进行固定连接。采用上述的压电型微位移放大机构，具有行程大、结构紧凑的优点。
[0018]优选的，所述给药部分安装在吸药部分中吸药管座的前端，二者密封连接，所述给药部分包括给药头、给药阀座、给药阀芯、给药弹簧，给药头与给药阀座密封连接，给药头前端为喷嘴结构，给药弹簧和给药阀芯置于吸药阀座内组成单向阀结构。通过设置上述单向阀，可以阻止空气从给药头流入，同时有利于防止注射器注射完毕后给药头出现药液垂涎。
[0019]优选的，所述控制电路部分包括控制电路、推挽电路、驱动电路和H桥电路，所述控制电路采用单片机控制，控制电路通过控制推挽电路中MOS管的导通时间以调节输出电压的幅值，进而控制压电型微位移放大机构的收缩或伸长的位移;控制电路与驱动电路相连，驱动电路输出高低电平控制H桥电路上的MOS管的通断，进而控制压电型微位移放大机构是收缩还是伸长;控制电路与电源相连。
[0020]更进一步的，所述电源采用内置的充电电池，控制电路将上述充电电池的电压转换为高压直流电压后经推挽电路输出到压电型微位移放大机构。
[0021]一种基于上述无针注射器的使用方法，包括步骤:将药瓶插入吸药部分中吸药针头处，排出注射器内部流道中的空气;控制电路部分控制压电型微位移放大机构发生收缩，带动活塞往端盖方向移动，药瓶内的药液在大气压的作用下流入吸药部分的中空区域;吸药完毕后，控制电路部分控制压电型微位移放大机构发生伸长，带动活塞往给药部分移动，吸药部分中空区域中的药液在活塞的作用下通过给药部分往外喷射。
[0022]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0023]1、本发明提出的无针注射器，利用压电型微位移放大机构作为动力源，具有体积小、频响快、控制精度高、不受磁场干扰、噪音小等优点。
[0024]2、本发明提出的无针注射器，将内置的充电电池转换输出高压直流电压到压电型微位