Патент на изобретение №2381039

(54) БЕЗЫГОЛЬНЫЙ ИНЪЕКТОР, РАБОТАЮЩИЙ С ДВУМЯ КОНЦЕНТРИЧЕСКИ РАСПОЛОЖЕННЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ

(57) Реферат:

Заявленное изобретение относится к одноразовым, заранее заполненным безыгольным инъекторам, которые функционируют с газогенератором и используются для введения внутрикожных, подкожных и внутримышечных инъекций. Безыгольный инъектор содержит пиротехнический газогенератор, имеющий пиротехнический заряд, образованный двумя энергетическими материалами с разными скоростями горения, по меньшей мере, один поршень, запас жидкого активного начала и инъекционное сопло. Один из двух энергетических материалов является центральным и окружен вторым энергетическим материалом, который является периферийным. Причем вся наружная поверхность центрального энергетического материала контактирует с внутренней поверхностью периферийного энергетического материала. Изобретение позволяет обеспечить высокую надежность и воспроизводимость при регулировании профилей давления за счет обеспечения возможности регулирования режима горения двух энергетических материалов. 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к одноразовым, заранее заполненным безыгольным шприцам, работающим с использованием газогенератора, которые применяют для введения внутрикожных, подкожных и внутримышечных инъекций жидкого активного начала для лечебных целей в медицине и ветеринарии.

Применяемое в инъекторах согласно изобретению жидкое активное начало представляет собой более или менее вязкую жидкость, или смесь жидкостей, или гель. Это активное начало может быть и твердым веществом, растворенным в специальном растворителе для инъекций. Кроме того, в качестве активного начала можно использовать порошкообразное твердое вещество, взвешенное в соответствующей жидкости с получением более или менее концентрированной суспензии. Гранулометрический состав активного начала должен быть совместим с диаметром каналов во избежание их закупорки.

Уже известно и описано в ряде патентов применение в подобных шприцах пиротехнического заряда. Так, например, можно назвать патент US 2322244, в котором предложен безыгольный инъектор для подкожных инъекций, действующий на основе холостого заряда. Подлежащая инъекции жидкость, которая находится в контакте с патроном, выталкивается из инъектора под действием давления, создаваемого газообразными продуктами сгорания. В другом патентном документе WO 98/31409 описана система для подкожных инъекций, в которой использован пиротехнический заряд, состоящий из взрывчатого вещества или пороха. Особенность этого инъектора заключается в том, что он сконструирован с таким расчетом, чтобы проблемы, связанные с динамикой выталкивания жидкого активного начала, решались не путем воздействия на характеристики пиротехнического состава, а посредством особой геометрии, в частности, с образованием вспомогательной газорасширительной камеры, имеющей выпускное отверстие. Пиротехнический заряд, расположенный поблизости от жидкого активного начала, непосредственно и мгновенно воздействует на указанное начало, сообщая ему чрезвычайно высокую исходную скорость, в то время как газы заполняют главную и вспомогательную камеры. При этом давление, действующее на активное начало, уменьшается до некоторой, примерно постоянной, величины, достаточной для проникновения в кожу пациента. Вспомогательная камера обеспечивает возможность регулирования этого давления. Патент US 2704542 относится к способу инъекции струей жидкости. В соответствии с этим способом предусматривается использование не пиротехнического заряда, а специального устройства, предназначенного для создания нужных профилей давления. В данном случае способ, позволяющий достичь этой цели, заключается в двухтактном перемещении состоящего из двух частей поршня, выполненного из центрального цилиндра небольшого сечения, помещенного в полый цилиндр. Действующее во входной части устройства давление вызывает вначале перемещение центрального цилиндра с незначительной амплитудой, создающее кратковременный, но очень мощный импульс, который воздействует на выталкиваемую жидкость, после чего перемещается весь поршневой узел, продолжая выталкивать указанную жидкость с заданным давлением, обеспечивая надежное проникновение.

Для регулирования профилей давления без необходимости изменения при этом геометрических характеристик инъектора в патенте FR 2807946 предложен безыгольный инъектор, оснащенный газогенератором, использующий пиротехнический заряд, состоящий из смеси медленногорящего и быстрогорящего пороха. Быстрогорящий порох обеспечивает резкий подъем давления, позволяющий сообщить активному началу скорость, достаточную для проникновения через кожу, а медленногорящий выбирается таким образом, чтобы гарантировать после прокола кожи нужную глубину инъекции. В заявке US 2002/0161329 также раскрыто использование в инъекторе двух типов пороха с разными характеристиками горения.

Однако из уровня техники не известно о безыгольных инъекторах, в которых использовался бы пиротехнический заряд, образованный комбинацией центрального энергетического материала и периферийного энергетического материала, имеющих разные скорости горения. Дело в том, что в этом способе пиротехнический заряд, который может быть как монолитным, так и разделенным на несколько зерен, сохраняет высокую гомогенность в отношении геометрического распределения энергетических материалов обоих типов, что позволяет обеспечить для инъекторов согласно изобретению высокую надежность и воспроизводимость при регулировании профилей давления. Такая особая геометрия пиротехнического заряда является результатом применения простых производственных технологий, которые уже проверены и очень хорошо освоены.

В нижеследующем тексте термин «энергетический материал» следует понимать как объединяющий в себе все без различия пиротехнические вещества, обладающие способностью горения, будь то оружейный порох, охотничий порох, проперголь или даже взрывчатые вещества.

Предметом заявленного изобретения является безыгольный инъектор, содержащий пиротехнический газогенератор, по меньшей мере один поршень, запас жидкого активного начала и инъекционное сопло, отличающийся тем, что указанный генератор содержит пиротехнический заряд, состоящий из центрального энергетического материала, окруженного вторым периферийным энергетическим материалом, причем эти два энергетических материала имеют разные скорости горения.

Предпочтительно газогенератор содержит систему воспламенения, обеспечивающую инициирование горения периферийного энергетического материала таким образом, чтобы фронт горения развивался в направлении от периферии пиротехнического заряда к его центру.

Благодаря использованию указанных типов пиротехнического заряда и системы воспламенения, а также в зависимости от конкретных составов, выбранных для двух энергетических материалов, можно предусмотреть целое множество профилей давления как функций времени на выходе из инъекционного сопла.

В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления периферийный энергетический материал выбран из составов с очень малой скоростью горения, в результате чего он создает более или менее значительную пиротехническую задержку для горения центрального энергетического материала.

В соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления периферийный энергетический материал выбран из составов, обладающих очень большой скоростью горения, в результате чего при горении указанного материала мгновенно создается пик давления большой амплитуды, способствующий более эффективному прокалыванию кожи.

Выбранные для инъекторов согласно изобретению системы зажигания имеют традиционные, хорошо испытанные характеристики и могут содержать, например, горячую проволоку, через которую пропускают электрический ток, или капсюль-детонатор, приводимый в действие с помощью электричества или ударного воздействия.

С учетом того, что два энергетических материала имеют разные характеристики горения, принцип действия такого пиротехнического заряда состоит в формировании двойного режима горения с созданием по меньшей мере двух отдельных фаз по изменению давления на выходе инъекционного сопла, что позволяет решить две задачи, связанные с проникновением активного начала через кожу и регулированием глубины инъекции после прокола кожи.

Целесообразно, чтобы периферийный энергетический материал находился в твердом состоянии, образуя оболочку для центрального энергетического материала.

Два энергетических материала контактируют друг с другом предпочтительно таким образом, что фронт горения перемещается от одного энергетического материала к другому.

Целесообразно, чтобы вся наружная поверхность центрального энергетического материала контактировала с внутренней поверхностью периферийного энергетического материала.

В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления пиротехнический заряд представляет собой порох, выполненный в виде нескольких зерен, где каждое зерно состоит из центрального энергетического материала, окруженного периферийным энергетическим материалом, причем эти два энергетических материала имеют разные скорости горения.

Целесообразно, чтобы газогенератор содержал единственный пиротехнический заряд, выполненный из пороха, а периферийный энергетический материал имел скорость горения больше скорости горения центрального энергетического материала. При этом в начале горения будет иметь место быстрый рост давления с достижением некоторого порогового значения, а затем, когда начнет гореть центральный энергетический материал, давление будет падать, пока не стабилизируется на некотором заданном уровне, значение которого меньше вышеупомянутого порогового значения. Начальное пороговое значение позволяет активному началу проколоть кожу проходящего лечение пациента, тогда как давление, достигаемое на следующем этапе, дает активному началу возможность проникнуть через кожу пациента на заданную глубину. И наоборот, можно выбрать такой периферийный энергетический материал, скорость горения которого была бы меньше скорости горения центрального энергетического материала, что позволит ввести некоторую пиротехническую задержку относительно горения центрального энергетического материала.

В соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления газогенератор состоит из смеси двух порохов, каждый из которых представляет собой несколько зерен, причем один из них состоит только из одного энергетического материала, а другой содержит центральный энергетический материал, окруженный периферийным энергетическим материалом, причем эти материалы имеют разные скорости горения.

Целесообразно, чтобы порох, состоящий из двух разных энергетических материалов, был получен в результате процедуры выравнивания. Это выравнивание заключается в диффузионном введении специального реагента, который изменяет на регулируемой глубине состав энергетического материала, а следовательно, его энергетический уровень и скорость горения.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления указанный порох получен в результате процедуры нанесения покрытия. Нанесение покрытия состоит в нанесении вокруг зерна из энергетического материала пленки заданной толщины из энергетического или инертного материала, обладающего регулируемыми характеристиками, например скоростью горения.

В соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления пиротехнический заряд состоит из монолитного блока. Этот блок может быть, например, цилиндрическим и иметь центральный канал наподобие геометрии блоков проперголя, разрабатываемых в области производства ракетных двигателей,

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления центральный энергетический материал находится в жидком состоянии, а периферийный энергетический материал – в твердом состоянии. В качестве жидкого энергетического материала можно использовать, например, эрголь.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления центральный энергетический материал находится в гелеобразном состоянии, а периферийный энергетический материал – в твердом состоянии. В качестве гелеобразного энергетического материала может быть использован, например, тот же эрголь.

Целесообразно, чтобы пиротехнический заряд, образованный центральным энергетическим материалом в жидком или гелеобразном состоянии и периферийным энергетическим материалом в твердом состоянии, был получен с использованием технологии капсулирования.

Это капсулирование представляет собой создание оболочки из энергетического или инертного вещества, заключающей в себе твердые, жидкие или гелеобразные материалы.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления центральный энергетический материал представляет собой порох, содержащий по меньшей мере одно зерно, а периферийный энергетический материал состоит из нитропленки.

Целесообразно, чтобы нитропленка содержала пластификатор, стабилизатор и нитроцеллюлозу.

Предпочтительно в качестве пороха использован гомогенный порох на основе нитроцеллюлозы.

Целесообразно чтобы порох содержал нитроглицерин.

Предпочтительно нитропленка образует замкнутую оболочку для зерен пороха.

Нитропленка, во-первых, служит контейнером для пороха, облегчающим его введение в генератор, а, во-вторых, способствует воспламенению пороха благодаря своей способности легко вступать в процесс горения и высокой скорости горения.

Преимущество безыгольных инъекторов согласно изобретению заключается в том, что они обеспечивают удовлетворительную инъекцию всего жидкого активного начала при применении простого рабочего механизма, а также при незначительных габаритах, при этом не требуется применения каких-либо особенных деталей, механической обработки или дополнительных затрат, а также изменений в геометрии корпуса указанных шприцев.

Кроме того, широкое разнообразие составов, которые можно применять для пиротехнических зарядов, вводимых в инъекторы согласно изобретению, позволяет получить самое широкое разнообразие профилей давления, которые можно применять в любых возможных конфигурациях. И, наконец, благодаря точному управлению воздействием, имеющему место при горении пиротехнического заряда, используемого в многократно проверенных системах зажигания, безыгольные шприцы согласно изобретению обладают высокой надежностью и безопасностью.

На фиг.1 приведен продольный осевой разрез безыгольного инъектора согласно изобретению.

На фиг.2 приведен типовой упрощенный график изменения во времени давления на выходе из сопла, создаваемого при горении одного типа пороха, в котором периферийный энергетический материал имеет меньшую скорость горения, чем центральный энергетический материал.

На фиг.3 приведен типовой упрощенный график изменения во времени давления на выходе из сопла, создаваемого при горении одного типа пороха, в котором периферийный энергетический материал имеет большую скорость горения, чем центральный энергетический материал.

Как показано на фиг.1, безыгольный инъектор 1 согласно изобретению содержит пиротехнический газогенератор 2, состоящий из капсюля-детонатора 3 и пиротехнического заряда 4; систему 10 воспламенения, состоящую из предварительно напряженной пружины 5 и ударника 6, камеру сгорания 7, жидкостную колонку 8 с подлежащим введению жидким активным началом 9 и инъекционное сопло 11. Жидкостная колонка 8 содержит стеклянную трубку 12, закрытую двумя заглушками 13, 14, между которыми находится указанное жидкое активное начало 9. Предлагаемый инъектор 1 оснащен пусковой системой, которая образована кожухом 15 и пружиной 16, способной сжиматься под действием перемещения указанного кожуха 15.

Безыгольный инъектор 1 согласно изобретению работает следующим образом.

Инъектор устанавливают таким образом, чтобы сопло 11 касалось кожи проходящего лечение пациента.

При нажатии на кожух 15 происходит его перемещение, причем воздействие сжатой пружины 16 оказывает сопротивление этому перемещению. По достижении некоторого порогового значения при смещении вниз указанного кожуха 15 происходит разблокирование системы 10 воспламенения, следствием чего является ослабление предварительно напряженной пружины 5 и, следовательно, резкое перемещение связанного с ней ударника 6. Этот ударник ударяет по капсюлю-детонатору 3, который создает воспламенение, вызывающее горение пиротехнического заряда 4. Газы, выделяющиеся при горении указанного заряда 4, создают давление в камере сгорания 7, что приводит к перемещению жидкостной колонки 8. При этом выходная поршневая заглушка 14, находящаяся ближе к соплу 11, входит в специально предусмотренное для этой цели пространство 17, в то время как входная поршневая заглушка 13, находящаяся ближе к камере сгорания 7, продолжает перемещаться, оказывая давление на подлежащую инъекции жидкость 9. В результате указанная жидкость вытекает по выполненному в сопле 11 инъекционному каналу 18, который освобождается выходной поршневой заглушкой 14. Инъекция продолжается до тех пор, пока входная поршневая заглушка 13 не придет в соприкосновение с выходной поршневой заглушкой 14.

Ниже приведены не имеющие ограничительного характера примеры, призванные иллюстрировать существенный признак изобретения, относящийся к пиротехническому заряду 4.

Пример 1

Пиротехнический заряд состоит из одного вида пороха, а периферийный энергетический материал имеет меньшую скорость горения, нежели центральный энергетический материал. На фиг.2 показан типовой профиль зависимости изменения давления у сопла от времени. На первом этапе горение периферийного энергетического материала приводит к незначительному повышению давления. На втором этапе имеет место резкое повышение давления вследствие горения центрального энергетического материала. Наконец, далее происходит медленный спад давления.

Пример 2

Пиротехнический заряд состоит из одного вида пороха, а периферийный энергетический материал имеет большую скорость горения, нежели у центрального энергетического материала. На фиг.3 показан типовой профиль зависимости изменения давления у сопла от времени. На первом этапе имеет место резкий рост давления вследствие горения центрального энергетического материала. На втором этапе давление продолжает повышаться, но более плавно, и, наконец, наблюдается его медленный спад.

Благодаря тому, что в безыгольных инъекторах согласно изобретению можно использовать самые разные из существующих пиротехнических составов, удается добиться широкого разнообразия профилей давления на выходе из сопла, что дает возможность работы с многочисленными конфигурациями.

Формула изобретения

1. Безыгольный инъектор (1), содержащий пиротехнический газогенератор (2), имеющий пиротехнический заряд, образованный двумя энергетическими материалами с разными скоростями горения, по меньшей мере один поршень (13, 14), запас жидкого активного начала (9) и инъекционное сопло (11), отличающийся тем, что один из двух энергетических материалов является центральным и окружен вторым энергетическим материалом, который является периферийным, причем вся наружная поверхность центрального энергетического материала контактирует с внутренней поверхностью периферийного энергетического материала.

2. Инъектор по п.1, отличающийся тем, что периферийный энергетический материал находится в твердом состоянии.

3. Инъектор по п.2, отличающийся тем, что два энергетических материала контактируют друг с другом.

4. Инъектор по п.1, отличающийся тем, что пиротехнический заряд представляет собой порох, состоящий из нескольких зерен, где каждое зерно состоит из центрального энергетического материала, окруженного периферийным энергетическим материалом, причем два энергетических материала имеют разные скорости горения.

5. Инъектор по п.4, отличающийся тем, что газогенератор (2) содержит единственный пиротехнический заряд, состоящий из пороха, а периферийный энергетический материал имеет скорость горения больше скорости горения центрального энергетического материала.

6. Инъектор по п.1, отличающийся тем, что газогенератор (2) образован смесью двух порохов, каждый из которых содержит несколько зерен, причем один из них состоит только из одного энергетического материала, а второй состоит из центрального энергетического материала, окруженного периферийным энергетическим материалом, имеющим другую скорость горения.

7. Инъектор по п.4, отличающийся тем, что порох получен с использованием технологии выравнивания.

8. Инъектор по п.4, отличающийся тем, что порох получен с использованием технологии нанесения покрытия.

9. Инъектор по п.1, отличающийся тем, что пиротехнический заряд состоит из монолитного блока.

10. Инъектор по п.2, отличающийся тем, что центральный энергетический материал находится в жидком состоянии.

11. Инъектор по п.2, отличающийся тем, что центральный энергетический материал находится в гелеобразном состоянии.

12. Инъектор по п.10 или 11, отличающийся тем, что пиротехнический заряд получен с использованием технологии капсулирования.

13. Инъектор по п.1, отличающийся тем, что центральный энергетический материал представляет собой по меньшей мере один вид пороха, состоящий по меньшей мере из одного зерна, а периферийный энергетический материал состоит из нитропленки.

14. Инъектор по п.13, отличающийся тем, что нитропленка содержит пластификатор, стабилизатор и нитроцеллюлозу.

15. Инъектор по п.13, отличающийся тем, что порох представляет собой гомогенный порох на основе нитроцеллюлозы.

16. Инъектор по п.15, отличающийся тем, что порох содержит нитроглицерин.

17. Инъектор по п.13, отличающийся тем, что нитропленка образует замкнутую оболочку для пороха.

18. Инъектор по п.1, отличающийся тем, что газогенератор (2) содержит систему (10) воспламенения, инициирующую горение периферийного энергетического материала.

РИСУНКИ