一种压电叠堆驱动式药液推注装置的制作方法

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种压电叠堆驱动式药液推注装置。

背景技术：

注射给药主要有静脉注射、肌肉注射和皮下注射等。静脉注射也称输液给药，现有输液装置大都由输液瓶、输液管及输液架构成，输液瓶吊挂在输液架上、依靠药液自重流动并经输液管注入到人的血管中。这种输液模式在实际使用中会带来许多问题：通过手动方法调节流量，流量控制精度不够；病人走动、如厕等情况下需他人高举输液瓶，活动不方便且输液瓶高度不够时还会使血液回流；需要病人或护理人员长时间看守，如未及时发现输液完成还可能造成事故；药液与空气接触，环境空气不洁时还有被污染的可能性。除了上述直接问题外，有时还会通过减少溶液量、加快输液速度等方法缩短输液时间，这不仅加重了心脏负担，还影响了治疗效果：肌肉注射和皮下注射在相对较短的时间内将药物注射到肌肉或皮下，其最大弊端是一个注射周期内血药浓度差异较大，不利于药物的有效吸收与利用，因为：大多数药物在人体内都有较佳浓度范围，药物浓度过高时具有毒副作用、过低时将不具治疗效果。因此，可延长药品注射时间、保持合理药品浓度的微小型便携式药品控释装置或系统是目前医疗领域所急需的。

技术实现要素：

为提高气体输出压力，本发明提出一种压电叠堆驱动式药液推注装置，本发明的实施方案是：底座上设有入孔、至少两个由沉腔构成的沉腔组、出口腔及储气室，从右到左各沉腔组所含沉腔的数量依次增加；各沉腔组中最左侧沉腔的底壁上设有进口腔和出气孔，其它沉腔的底壁上设有进出气孔；最左侧沉腔组中的进口腔与入孔连通，最右侧沉腔组中的最右侧出气孔经出口腔与储气室连通，其余的同一沉腔组中两相邻的进出气孔连通、左右相邻两沉腔组中相邻的出流孔和进口腔连通；进出口腔与其内所安装的阀片分别构成进出口阀；主体的顶部安装有注射器、设有缸腔和带滑槽的挡板，主体的底部设有导孔，导孔和沉腔的直径相等，缸腔的中心线处于水平面内；缸腔的内部套有主活塞，缸腔的侧壁端部装有缸盖；主活塞将缸腔分隔成左右腔；注射器由药筒和副活塞构成，副活塞置于药筒内并与药筒构成药腔，药筒一端的耳板置于挡板的滑槽内、另一端安装有带针头的输液管；主活塞的推杆经缸腔左壁上的通孔伸出并顶靠在副活塞的推杆上；主体经螺钉安装在底座上，主体和底座间压接有隔膜，导孔和沉腔对称配置在隔膜上下两侧，导孔内的压电叠堆将顶块压接在隔膜上，顶块为t型且其小端与隔膜接触、大端侧壁与导孔内壁接触；隔膜将密封圈压接在沉腔内并形成压缩腔；同一沉腔组内的压缩腔并联成压缩腔组，各压缩腔组串联；左右腔经输气管与换向阀连接，换向阀经输气管与储气室相连，换向阀为三位四通阀；工作中，同一压缩腔组中隔膜的变形方向相同、即同一沉腔组中各沉腔所对的导孔内压电叠堆均伸长或缩短，两相邻压缩腔组中隔膜的变形方向相反。

以具有三个压缩腔组的药液推注装置为例，从右到左，沉腔组依次定义为沉腔组一、二和三，进口阀依次定义为进口阀一、二和三，压缩腔组依次定义为压缩腔组一、二和三，则具体工作过程为：上半周内，压缩腔组一和三容积增加、压缩腔组二容积减小，进口阀一和三开启、进口阀二和出口阀关闭，压缩腔组一和三吸入气体、压缩腔组二排出气体，此为吸入过程；下半周内，压缩腔组一和三容积减小、压缩腔组二容积增加，进口阀一和三关闭、进口阀二和出口阀开启，压缩腔组一和三排出气体、压缩腔组二吸入气体，此为排出过程；上述吸入和排出过程中，气体经历了压缩腔组三、二和一的逐级累积压缩，输出压力高；各压缩腔组对气体进行逐级累积压缩后排入储气室，换向阀的阀芯处于中位时，储气室内的气体及药腔内的药液均无输出；换向阀的阀芯处于左位时，储气室内的气体经输气管进入右腔并推动主活塞和副活塞向左运动，药腔中药液经输液管针头输出；换向阀的阀芯置于右位时，储气室内的气体经输气管进入左腔并推动主活塞向右运动，右腔内的气体经输气管及换向阀排出，主活塞复位，更换注射器。

本发明中，储气室最大储气压力为pmax＝p0ηp{(1+α)/(1-α)[β+(1+α)/(1-α)]^n-1-1}，其中：p0为标准大气压，ηp为效率系数，α＞0为压缩比、即压电叠堆伸缩变形所引起的压缩腔的容积变化量与压缩腔的容积之比，β＞1为各相邻压缩腔组中所含压缩腔数量比的最小值，n≥2为压缩腔组的数量；为获得最大压缩比，隔膜为0.1、0.2和0.3mm厚的铍青铜时最佳的顶块小端与大端半径比分别为0.79、0.65和0.55，压缩腔高度为压电叠堆受电压作用的伸长量；两相邻压缩腔组相互连通、即其间的阀片开启时，容积较大压缩腔组的容积变化量不小于容积较小压缩腔组的容积变化量。

优势与特色：利用压电驱动器与气体耦合作用控制药液输出，易于通过驱动电压高低精确地控制输液速度；静脉注射时无需吊挂装置，方便移动和携带；药液不与空气接触，不会发生药液被污染、气体进入血管及血液倒流等现象，无需实时看守、安全可靠；肌肉及皮下注射时，可根据需要延长注射时间，避免手动快速推注所造成人体内血药浓度不均的问题，有助于提高药品疗效。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中药液推注装置的构成与结构剖面图；

图2是图1的a-a剖视图；

图3是本发明一个较佳实施例中上壳体的结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是本发明一个较佳实施例中注射器的结构示意图

图6是本发明一个较佳实施例中底座的结构示意图；

图7是图7的俯视图；

图8是本发明一个较佳实施例中阀片开关与压电叠堆伸缩变形的关系示意图。

具体实施方式

底座c上设有入孔c1、至少两个由沉腔c2构成的沉腔组ci、出口腔c3及储气室c7，从右到左各沉腔组ci所含沉腔c2的数量依次增加；各沉腔组ci中最左侧沉腔c2的底壁上设有进口腔c4和出气孔c5，其它沉腔c2的底壁上设有进气孔c6和出气孔c5；最左侧沉腔组ci中的进口腔c4与入孔c1连通，最右侧沉腔组ci中的最右侧出气孔c5经出口腔c3与储气室c7连通，其余的同一沉腔组ci中两相邻的进气孔c6和出气孔c5连通、左右相邻两沉腔组ci中相邻的出流孔c5和进口腔c4连通；进口腔c4和出口腔c3与其内所安装的阀片f分别构成进口阀vi和出口阀v；主体a的顶部安装有注射器z、设有缸腔a3和带滑槽a2的挡板a1，主体a的底部设有导孔a7，导孔a7和沉腔c2的直径相等；缸腔a3的中心线处于水平面内；缸腔a3的内部套有主活塞h，缸腔a3的侧壁端部装有缸盖g；主活塞h将缸腔a3分隔成左腔a5和右腔a6；注射器z由药筒z1和副活塞z2构成，副活塞z2置于药筒z1内并与药筒z1构成药腔z3，药筒z1一端的耳板z4置于挡板a1的滑槽a2内、另一端安装有带针头的输液管；主活塞h的推杆经缸腔左壁a4上的通孔伸出并顶靠在副活塞z2的推杆上；主体a经螺钉安装在底座c上，主体a和底座c间压接有隔膜k，导孔a7和沉腔c2对称配置在隔膜k的上下两侧，导孔a7内的压电叠堆d将顶块b压接在隔膜k上，顶块b为t型且其小端与隔膜k接触、大端侧壁与导孔a7的内壁接触；隔膜k将密封圈压接在沉腔c2内并形成压缩腔c；同一沉腔组ci内的压缩腔c并联成压缩腔组yi，各压缩腔组yi串联；左腔a5和右腔a6经输气管与换向阀e连接，换向阀e经输气管与储气室c7相连，换向阀e为三位四通阀；工作中，同一压缩腔组yi中隔膜k的变形方向相同、即同一沉腔组ci中各沉腔c所对的导孔a7内压电叠堆d均伸长或缩短，两相邻压缩腔组yi中隔膜k的变形方向相反。

本发明中，沉腔组ci、进口阀vi、压缩腔组yi中的i代表从右到左的序号，i＝1，2，3，...；以具有三个压缩腔组yi的药液推注装置为例，从右到左，沉腔组ci依次定义为沉腔组一c1、二c2和三c3，进口阀vi依次定义为进口阀一v1、二v2和三v3，压缩腔组yi依次定义为压缩腔组一y1、二y2和三y3，则具体工作过程为：上半周内，压缩腔组一y1和三y3的容积增加、压缩腔组二y2容积减小，进口阀一v1和三v3开启、进口阀二v2和出口阀v关闭，压缩腔组一y1和三y3吸入气体、压缩腔组二y2排出气体，此为吸入过程；下半周内，压缩腔组一y1和三y3的容积减小、压缩腔组二y2容积增加，进口阀一v1和三v3关闭、进口阀二v2和出口阀v开启，压缩腔组一y1和三y3排出气体、压缩腔组二y2吸入气体，此为排出过程；上述吸入和排出过程中，气体经历了压缩腔组三y3、二y2和一y1的逐级累积压缩，输出压力高；各压缩腔组yi对气体进行逐级累积压缩后排入储气室c7，换向阀e的阀芯处于中位时，储气室c7内的气体及药腔z3内的药液均无输出；换向阀e的阀芯处于左位时，储气室c7内的气体经输气管进入右腔a6并推动主活塞h和副活塞z2向左运动，药腔z3中药液经输液管和针头输出；换向阀e的阀芯置于右位时，储气室c7内的气体经输气管进入左腔a5并推动主活塞h向右运动，右腔a6内的气体经输气管及换向阀e排出，主活塞h复位；更换注射器z。

本发明中，储气室c7最大储气压力为pmax＝p0ηp{(1+α)/(1-α)[β+(1+α)/(1-α)]^n-1-1}，其中：p0为标准大气压，ηp为效率系数，α＞0为压缩比、即压电叠堆d伸缩变形所引起的压缩腔c的容积变化量与压缩腔c的容积之比，β＞1为各相邻压缩腔组yi中所含压缩腔c数量比的最小值，n≥2为压缩腔组yi的数量；为获得最大压缩比，隔膜k为0.1、0.2和0.3mm厚的铍青铜时最佳的顶块b小端与大端半径比分别为0.79、0.65和0.55，压缩腔高度为压电叠堆d受电压作用的伸长量；两相邻压缩腔组yi相互连通、即其间的阀片f开启时，容积较大压缩腔组yi的容积变化量不小于容积较小压缩腔组yi的容积变化量。