郎淇　黃榮意　宋云博　謝建鋒　文強　王桂龍

摘 要：今天，我們?nèi)匀皇褂酶鞣N不銹鋼注射器將液體藥物注入人體。然而，在注射期間不可避免地對患者造成皮膚損傷，交叉感染和疼痛，而且醫(yī)護人員在進行誤操作時也會帶來危險，特別是在對特殊病人進行注射操作時更是如此。與傳統(tǒng)的針頭注射器相比，無針注射是一種新型的注射方法，具有操作簡單，消除交叉感染，無痛，吸收性好等優(yōu)點。并且產(chǎn)品適應(yīng)力、實用性更強，使用范圍也相對更廣，可以裝載包括胰島素、青霉素、局部麻藥等一系列皮下注射藥品，且注射安全迅速，擁有無限的皮下注射市場前景。因此，無針注射器的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：動力彈簧的選擇 觸發(fā)器的設(shè)計 總體的設(shè)計

中圖分類號：TH789文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2020）02-0-01

一、無針注射器簡介

由于法國科學家在19世紀提出了“無針注射”的概念，許多學者已經(jīng)開始研發(fā)不需要針頭的先進注射器。并依靠推力使藥液成為高速噴射液體，并將其注射到患者的組織中。近年來，無針注射作為一種新型醫(yī)用注射技術(shù)已逐漸應(yīng)用于臨床，皮下注射。無針注射的原理是液體藥物通過機械壓力和高速射流直接注射到人體組織中，而不用金屬針頭。由于沒有針頭，解決了傳統(tǒng)注射的缺點。由于機械壓力的作用，液體藥物以非常小的直徑高速噴射。由于液體的性質(zhì)，藥物在進入人體時以霧的形式擴散，不會形成藥池，并且在整個注射過程中對組織幾乎沒有損傷。藥物的分布相對均勻，有利于對液體藥物的吸收。

二、無針注射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

無針注射的機械原理為：當壓縮彈簧啟動時，將連桿向前推。包含液體藥物的安瓿底部的活塞由于壓力被彈出，液體從安瓿瓶前面的小孔中被排出。藥液在壓力作用下，注射到皮下組織實現(xiàn)無針注射。與其他方式的無針注射技術(shù)相比，這種設(shè)計的優(yōu)點是設(shè)備小巧，處理簡單，使用方便且使用時不會產(chǎn)生噪音。

1.動力彈簧的選擇

在無針注射器中，動力彈簧應(yīng)具有大的形變能量，彈簧體積小，壓縮量小但動力大，并且工作穩(wěn)定不易發(fā)生塑性形變。因此，我們選用金屬圓柱形螺旋彈簧，其剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造作為動力源。最終確定使用304不銹鋼材料和彈簧鋼。

2.觸發(fā)機構(gòu)的設(shè)計

通過對工程應(yīng)力的分析，選擇結(jié)構(gòu)簡單的機械機構(gòu)，作為觸發(fā)裝置。其工作原理是：彈簧壓縮儲能后，沖擊活塞在棘輪棘爪的作用下處于工作狀態(tài)，棘爪繞鉸鏈軸向上轉(zhuǎn)動，驅(qū)動爪可以滑過棘輪的牙齒。為了避免在運動過程中沖擊活塞和棘爪之間發(fā)生碰撞，沖擊活塞的前端應(yīng)設(shè)計成錐形，同一棘爪的前端也應(yīng)加工有一定的傾斜度。杠桿式觸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。在本文中，滑塊驅(qū)動裝置用于驅(qū)動棘爪，從而保證了安全性。

3.缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計

缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計，是無針注射器的重要組成部分。其主要功能是安裝動力彈簧，沖擊活塞，觸發(fā)裝置和藥物儲存安瓿。其主要結(jié)構(gòu)設(shè)計直接決定了無針注射器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成本以及外觀。缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)基于以下三個要求：

（1）重量輕、尺寸小、外觀簡潔、美觀。

（2）易于加工制造，在氣缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，滑塊與棘爪支架和氣缸之間的連接是至關(guān)重要的。

（3）方便拿握和使用。

4.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

從整體的角度分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖1根據(jù)裝配關(guān)系、各部件的相對位置以及整體的美觀性，完成總體設(shè)計和布局，使系統(tǒng)能夠滿足各種功能的要求。力求實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，外觀美觀。本文設(shè)計的彈簧動態(tài)無針注射器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，整體美觀，符合設(shè)計要求。（如圖1）

三、總結(jié)與展望

1. 全文總結(jié)

一百年前，法國科學家提出了無針注射的大致概念。西方國家非常重視無針注射技術(shù)。國外進行了大量的研究和臨床試驗。目前，已有100多種不同大小的無針注射器廣泛應(yīng)用于皮下注射，如接種疫苗，美容注射和胰島素注射等領(lǐng)域。中國的無針注射技術(shù)仍處于研發(fā)階段。提升中國在高科技制藥行業(yè)的競爭力具有積極意義?，F(xiàn)將本文研究成果總結(jié)如下：

（1）闡述了無針注射的注射原理。

（2）采用工程設(shè)計方法，系統(tǒng)分析了無針注射器的結(jié)構(gòu)，制定了可行的設(shè)計方案。

（3）設(shè)計了氣動無針舵機，并對氣動無針舵機進行了詳細的仿真分析。結(jié)果表明，氣動無針注射器的注射性能優(yōu)于彈簧式無針注射器。

（4）創(chuàng)新設(shè)計了機械可拆卸式無針注射器，并對機械無針注射器進行了仿真分析，結(jié)果表明其注射性能優(yōu)于傳統(tǒng)注射器。

2.展望

本文設(shè)計的彈簧式無針注射器和氣動無針注射器的力學性能分析只能反映注射性能。另外無針注射的技術(shù)難點在于設(shè)計出可以在瞬間加壓的動力裝置，隨著材料科學的發(fā)展以及動力裝置的進步，對合金材料進行深入研究，這種新型動力器件應(yīng)用于無針注射領(lǐng)域，這是無針注射技術(shù)的必然趨勢。

找到最大沖擊力，沖擊活塞和安瓿活塞桿之間存在一定的間隙，而沖擊過程是一個非常復雜的動態(tài)問題。需要通過實驗驗證來解決間隙的最佳距離。

這種新型動力裝置用于無針注射領(lǐng)域，是氣動無針注射器商業(yè)化的重要組成部分。如何將控制開關(guān)與氣缸體結(jié)合起來既安全又可靠，美觀大方，是本文后續(xù)工作的重點。

目前為止安瓿瓶的設(shè)計和研發(fā)處于起步階段，但是國家已經(jīng)高度重視安瓿瓶的研發(fā)和設(shè)計，相信在很短時間之內(nèi)，功能完善的安瓿瓶便會出現(xiàn)在無針注射領(lǐng)域中。

3.發(fā)展前景

無針注射器在疫苗接種和胰島素藥物注射以及寵物疫苗的注射等方面應(yīng)用廣泛，也為恐針癥患者帶來了福音。根據(jù)近幾年來全世界對注射器行業(yè)消費的分析表明：注射器類是醫(yī)療機構(gòu)臨床使用次數(shù)最多的醫(yī)療機械。

參考文獻

[1]田漢波.淺談無針注射技術(shù)[J].儀器原理，2010，31（4）：106—107.

通訊作者：王桂龍，30116085@qq.com。