专利名称：注射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种注射器(注入器)，利用这种注射器，可不使用任何注射针，而将注射目标物质注入活体的注射对象区域。
背景技术：
关于不用任何注射针而进行注射所利用的无针注射器(没有针的注射器)，在某些情况下采用一种结构，以便通过加压气体或弹簧对容纳有注射溶液的容纳室施加压力来注射或允许注射注射组分。然而，在具有常规已知结构的无针注射器的情况下，与注射溶液的深度和注射量相关的再现性不令人满意。因此，难以断言这种无针注射器一般得到广泛使用。因此公开这样一种技术，其中利用由两种类型粉末(即，高速燃烧粉末和低速燃烧粉末)的混合物组成的推进剂装药来以多个水平或阶段调节注射溶液的输出压力(注射压力)(参见，例如专利文献I)。具体地讲，首先通过燃烧高速燃烧粉末对活塞施加大力允许注射注射溶液。因此，注射溶液透过人体等的皮肤，并将注射溶液送入体内。随后，通过燃烧低速燃烧粉末连续施加压力至能够在皮肤中扩散注射溶液的程度。专利文献2公开一种用无针注射器以两个阶段给予注射溶液的技术。在此技术中，通过对注射溶液施加高压允许注射，以使注射溶液透入皮肤，然后降低施加到注射溶液的压力，因此预期使注射溶液在皮肤中分散。另外，专利文献3公开一种用磁铁和线圈通过电流强度调节注射溶液所用注射压力的技术。在此技术中调节注射压力，以便为了注射溶液透过皮肤而首先施加高压，然后为了送入或递送所需的注射溶液而提供近似恒定压力。不仅为了使注射溶液能达到皮肤的内部，而且也是为了以上以外的其它目的，以不同方式调节在使用 无针注射器时施加到注射溶液的压力。例如，在专利文献4中发现这样的描述，为了减轻用加压气体注射注射溶液时产生的噪声，在透过皮肤后，施加到注射溶液的压力增加是不利的。上下文中，在很多情况下，用无针注射器进行注射的对象是活体，例如人体等。因此，提供了涉及与一般用于实验的凝胶剂和活体的皮肤相关的注射溶液行为的讨论(参见，例如非专利文献I)。该讨论涉及例如由注射形成的孔的深度和具有最大分散宽度的孔深度之间的相互关系以及皮肤的杨氏模量和孔深度之间的相互关系。另外，非专利文献2涉及人皮肤中注射溶液的分散宽度和无针注射器的喷嘴直径之间的相互关系。先前技术文献 专利文献:
专利文献 I JP2003-534839 ；
专利文献2:美国专利2，704，542号；
专利文献3:美国专利公布2006/0258986号；
专利文献4:美国专利公布2005/0010168号。非专利文献:非专利文献 I:Joy Baxter, Samir Mitragotri, ^Jet-1nduced skin puncture andits impact on needle-free jet injections: Experimental studies and a predictivemodel"(喷射诱导皮肤穿刺及其对无针喷射注射的影响:实验研究和预测模型)，Journalof Controlled Release(U.S.A.) 106 (2005)，p361- 373;
非专利文献 2:Joy Schramm-Baxter, Samir Mitragotri, "Needle-free jetinjections -dependence of jet penetration and dispersion in the skin on jetpower〃(无针喷射注射:喷射穿透和在皮肤中分散对喷射力的依赖性)，Journal ofControlled Release (U.S.A.) 97 (2004), p527_535。发明概述 发明要解决的问题
在对活体进行注射时，在注射溶液中包含的组分和在组分要送入的活体注射区域中的深度随注射目的而不同。这是因为活体的注射对象区域包括不同结构，例如皮肤、肌肉、内脏等，并且构成这些结构的生物组织根据距表面(在进行注射时注射器与结构接触的表面)的深度而具有不同功能，并且因为如果注射溶液中包含的组分未到达目标生物组织，则变得难以适当显示效果。

例如，人的皮肤可从表面侧以层状形式区分或分为表皮、真皮和皮下组织(下皮)。另外，表皮可区分或分为角质细胞层和皮内(intradermis)。为了使相应层在解剖学上执行相应功能，角质细胞层由角化细胞组成，皮内由树突细胞和色素细胞组成，真皮由成纤维细胞和胶原细胞组成，皮下组织由皮下脂肪等组成。在为了预定目的注射注射溶液时，优选将其中包含的预定组分准确递送到例如目标组织。在将注射目标物质注入活体的注射对象区域时，为了有效注射注射目标物质而不渗漏，需要从注射开始到结束适当控制施加到注射目标物质的压力。即，如果由加压引起的注射目标物质的注射速度(速率)太慢，则物质被皮肤弹回。相反，如果注射速度(速率)太快，注射深度就可能固定在注射对象区域，但注射速度超过适当使物质在区域中扩散的注射速度。因此认为注射目标物质由于过度供应而弹回，并且难以预期其适当扩散。考虑到前面的问题，本发明的目的是提供一种注射器，所述注射器使得可不使用任何注射针而将注射目标物质送入活体的目标注射对象区域，以便使注射目标物质能在一定深度广泛扩散。问题的解决方案
为了解决上述问题，本发明采用以下结构。即，关于不用任何注射针而将注射目标物质注入活体的注射对象区域所用的注射器，根据具有相互不同特征的加压模式调节为了注射注射目标物质而施加到注射目标物质的压力。由于不同的加压模式，可在注射对象区域中所需深度处将注射目标物质送入生物组织。具体地讲，本发明提供一种不用任何注射针而将注射目标物质注入活体的注射对象区域的注射器，所述注射器包括封闭注射目标物质的封闭单元；对封闭单元中封闭的注射目标物质加压的加压单元；和流道单元，所述流道单元限定流道，以便使通过加压单元加压的注射目标物质排出到注射对象区域。加压单元产生:第一加压模式，其中使加压单元中施加到注射目标物质的压力升高到第一峰压力，以使注射目标物质透过注射对象区域的表面，然后使施加到注射目标物质的压力降低到等待压力；和第二加压模式，其中对具有等待压力的注射目标物质加压，以便使施加到注射目标物质的压力升高到第二峰压力，以注射预定注射量的注射目标物质。在本发明的注射器中，要注入活体的注射对象区域的注射目标物质封闭在封闭单元中，并且对在封闭单元中封闭的注射目标物质施加压力。因此促使注射目标物质移动。结果，在通过流道单元的同时，使注射目标物质排出到注射对象区域。注射目标物质包含预期在注射对象区域内侧显示效力的组分或成分。如上所述，在允许注射注射目标物质时，在加压单元中施加的压力为驱动源。因此，只要能够通过在加压单元中加压而注射注射目标物质，在封闭单元中注射目标物质的任何封闭状态或对于封闭单元中注射目标物质的任何物理形式(例如液体、凝胶形式的流体、粉末、颗粒形式的固体)都是可利用的。例如，注射目标物质可以为液体或凝胶形式的固体，其条件为保证或担保使得能够允许注射注射目标物质的流动性。另外，在注射目标物质中包含要送入活体的注射对象区域的组分。组分可以溶解于注射目标物质的状态存在，或者组分可以在不溶解而简单混合的状态下存在。例如，要送入的组分包括例如用于增强抗体的疫苗、用于美容的蛋白和用于再生毛发的培养细胞。通过在液体或凝胶形式的流体等中包含组分，形成注射目标物质，以便能够允许注射上述组分。另外，关于通过加压单元对注射目标物质加压的加压源，可利用多种加压源，其条件为可使用上述第一加压模式和第二加压模式的加压形式或模式。加压源以下列例示:例如，利用由弹簧等产生弹力的加压源，利用加压气体的加压源，利用任何爆炸装药燃烧的加压源和利用电力传动装置(例如，发动机、压电元件等)实现加压的加压源。在此结构中，由于由加压单元实现的两种加压模式，注射目标物质可适当注入活体的注射对象区域。换句话讲，在采用第一加压模式和第二加压模式时，将注射目标物质送到注射对象区域例如皮肤结构等的注射目标深度，并使注射目标物质扩散。在第一加压模式中，使施加到注射目标物质的压力升高到第一峰压力，然后使压力降低到等待压力。因此，注射目标物质首先透过活体的注射对象区域的表面，并且注射目标物质沿区域的深度方向前进。注射目标物质的注射能量由允许每单位时间允许注射的物质的流速确定。因此，在第一加压模式中对注射目标物质的加压速度(速率)(每单位时间压力增加量)越大，在第一加压模式中注射目标物质造成的注射深度越深。在第一加压模式中，调节压力增加，以便至少将透过注射对象区域表面所需的压力施加到注射目标物质。在上下文中，申请人对于允许注射的注射目标物质对注射对象区域的注入假定以下机制。申请人不打算受此机制限制。认为由于执行与本申请中所述注射目标物质相关的压力控制，提供与本申请相同效果或等价效果的任何其它发明也属于本发明的范畴，即使其它发明遵循与此机制不同的任何机制。
在允许注射目标物质排出到注射对象区域时，在早期阶段排出的经加压注射目标物质的流(射流)的前端得以切开注射对象区域，并且切割碎片由回流向上抬升。因此开孔，并且射流的前端沿深度方向前进。由于射流前端加深，射流具有的注射能量通过与回流的摩擦而失去。在注射能量通过回流失去，并且切开注射对象区域的能力失去时，即，在注射能量与回流的阻力能量平衡时，孔深度的进展停止。在射流提供到注射对象区域时，相同量的回流在孔中沿相反方向向上。因此，为了使回流能流动通过，必须保证孔直径。然而，注射对象区域，生物组织，固有地具有弹性，因此，生物组织具有收缩或缩小从而减小孔直径的倾向。收缩力(缩小力)使回流通道变窄(减小直径)。因此，假设为收缩力相对于射流相对较大的状态时，由回流产生的阻力增加，并且射流具有的注射能量在相对较浅位置平衡。考虑到前述机制，如下考虑本发明。即，在施加到注射目标物质的压力升高到第一峰压力，随后使压力降低到等待压力时，与在形成以达到一定注射深度的注射目标物质的穿透通道的一部分(穿透通道的前端部分)处的射流相比较，活体的注射对象区域固有具有的弹力相对较大。因此认为穿透通道的直径减小。在此情况下认为，经历减压到等待压力的注射目标物质的前端部分，在未达到位于具有减小直径的穿透通道的前端部分的活体的注射对象区域的位置，处于施加到注射目标物质的压力(等待压力)与由来自活体的注射对象区域的回流引起的压力基本平衡的状态。认为当直径在上述穿透通道的部分处减小时，与未经历直径减小的任何部分比较，对射流的强度增加。强度增加意味着在第二加压模式中再次进行加压时，难以保证回流途径。因此，即使在达到等待压力后根据第二加压模式再次进行加压时，射流也不达到穿透通道的前端，因为回流通过的面积在收缩或缩小的穿透通道中失去，其中主要对于在未经历直径减小的穿透通道部分中存在的注射目标物质进行加压。因此，在活体的注射区域中沿扩展注射目标物质的方向促进注射目标物质渗透，而不是进一步在深度方向伸长穿透通道。因此，注射目标物质在宽范围扩散。在某种程度上也证明，提供至达到等待压力的第一加压模式是使得能够形成要进行扩散的状态的步骤，第二加压模式是以形成的状态加速注射目标物质扩散的步骤。在第二加压模式中，使施加到注射目标物质的压力升高到第二峰压力，因此，可以目标预定注射量实现注射目标物质的注射。根据注射目标物质的 注射用途，适当确定在上述第一加压模式中的第一峰压力和等待压力和在第二加压模式中的第二峰压力。在上下文中，考虑作为对象的活体注射对象区域的物理性质(例如皮肤的杨氏模量等)也是适宜的。作为本发明的注射器的注射对象的活体不限于人，例如，可以为家畜例如猪，或宠物例如狗。如上所述，根据本发明的注射器，在模式从第一加压模式转变到第二加压模式时，注射目标物质经历等待压力。因此，可有效实现注射目标物质在注射对象区域中的扩散，而不无用地加深注射深度。即，本发明的注射器使得可在活体的注射对象区域中在相对较浅深度处广泛扩散注射目标物质。在上述注射器中，也优选等待压力不大于第一峰压力的第一预定比。申请人发现，在等待压力相对于第一峰压力之比不大于第一预定比时，可实现上述注射目标物质的有效扩散。例如，优选将第一预定比设定到60%。在上述注射器中，也优选第二峰压力不大于第一峰压力，并且第一峰压力和第二峰压力之间的压力差在相对于第一峰压力的第二预定比范围内。即，第二峰压力不大于第一峰压力。然而，抑制其间的压力差，以便压力差不超过基于第一峰压力的第二预定比。因此，可在第二加压模式中以目标注射量实现注射，而不无用地加深注射深度。另一方面，在上述注射器中，也优选第二峰压力为超过第一峰压力的压力。根据上述假定机制，即使在第二峰压力超过第一峰压力时，在注射目标物质一旦达到等待压力后也促进注射目标物质的有效扩散，并且可抑制在注射深度任何无用的增加。根据活体的注射对象区域的物理性质或特征，通过如上所述增加第二峰压力，在某些情况下可容易地在第二加压模式中实现以所需量注射。在上述注射器中，也优选在第二加压模式中将从等待压力到第二峰压力的压力增加速率设定为低于在第一加压模式中从加压开始到第一峰压力的压力增加速率。因此，压力在第一加压模式中经历等待压力，因而可实现注射目标物质的有效扩散。也优选将第二加压模式中注射目标物质的量设定为大于第一加压模式中注射目标物质的量。认为在第一加压模式中至达到等待压力为止允许注射的大部分注射目标物质在注射对象区域中经历孔形成(穿孔)，以形成适合于在上述注射对象区域中扩散注射目标物质的状态，并且注射目标物质一般作为回流排出到注射对象区域的外侧。鉴于上述，当上述第二加压模式中注射量相对增加时，更大量的注射目标物质可扩散到注射对象区域的目标深度，预期其显示注射目标物质中包含的组分或成分的效果。在上下文中，在上述注射器中，也优选注射器进一步包含:包括点火装药的点火装置；和燃烧室，燃烧室允许由点火装药燃烧产生的燃烧产物流入，并容纳待由燃烧产物燃烧以产生预定气体的气体发生剂；其中注射器经构造，以便将燃烧室中的压力施加到封闭单元中封闭的注射目标物质。另外，在此结构中，加压单元使用通过在点火装置中点火装药燃烧产生的压力增加作为第一加压模式中直至达到第一峰压力的加压转变；和使用通过气体发生剂产生的预定气体引起的压力增加作为第二加压模式中直至达到第二峰压力的加压转变。即，为了实现根据上述第一加压模式和第二加压模式施加到注射目标物质的加压，可采用其中用爆炸装药燃烧产生的压力作为驱动源用来排出注射目标物质的形式或模式作为具体实例。在如上所述构造的注射器的情况下，通过适当调节气体发生剂和用于点火装置的点火装药的各组 分、注射器中各自的形状和其间的相对布置关系，可优选地调节第一加压模式中的压力转变和第二加压模式中的压力转变。如上所述基于使用爆炸装药的驱动源的示例说明不包括任何排除采用基于任何其它形式或模式的任何驱动源的意图。例如，也允许采用下列作为上述驱动源:利用由弹簧等产生弹力的驱动源，利用加压气体的驱动源，和利用电力传动装置(例如，发动机、压电元件等)实现加压的驱动源。在上述注射器中，也优选使用在第一加压模式中通过燃烧室中燃烧产物的冷凝引起的压力减小作为从第一峰压力到等待压力的减压转变。燃烧产物的冷凝作用用于压力减小，因此，可抑制注射目标物质具有的动能直至达到等待压力，同时保持用于穿透活体的注射对象区域表面的能量。可在活体的注射对象区域的较浅部分进行注射。在上述注射器中，也优选点火装药的燃烧完成时间早于气体发生剂的燃烧完成时间；并且，来自气体发生剂的气体产生速度在点火装药燃烧完成并且施加到注射目标物质的压力从第一峰压力减小到等待压力的阶段增加。即，也容许点火装药的燃烧期和气体发生剂的燃烧期相互部分重叠，其条件为在上述第一加压模式中可确保等待压力。在燃烧期重叠时，由点火装药燃烧产生的压力叠加在由气体发生剂产生的产生气体的压力上，并将所得压力施加到注射目标物质。为了如上所述调节点火装药和气体发生剂的燃烧完成时间，可改变各自的组成和组成比。即使在两者具有相同组成和组成比时，也容许改变各自的形状和尺寸(大小)。例如，在爆炸装药为粉末状的状态下，燃烧完成时间早于以团状成形的具有相同组成的爆炸装药的燃烧完成时间。另外，通过改变组成和形状及尺寸(大小)两者，也可调节燃烧完成时间。以此方式，甚至在具有相同组成的爆炸装药包含在点火装药和气体发生剂中时，也可通过调节例如各爆炸装药的状态、形状和尺寸(大小)来调节各自的燃烧完成时间。在上述注射器中，也优选点火装药为包含锆和高氯酸钾的爆炸装药、包含氢化钛和高氯酸钾的爆炸装药、包含钛和高氯酸钾的爆炸装药、包含铝和高氯酸钾的爆炸装药、包含招和氧化秘的爆炸装药、包含招和氧化钥的爆炸装药、包含招和氧化铜的爆炸装药和包含铝和氧化铁的爆炸装药中的任一种爆炸装药，或由多种前述爆炸装药的组合组成的爆炸装药。上述点火装药具有以下特征。即，燃烧产物，甚至在高温状态产生任何气体时，在常温下也不含任何气体组分。因此，在使燃烧产物与燃烧室中的表面接触时，立即发生冷凝。因此，可在活体的注射对象区域的较浅部分进行注射。发明效果
可在不使用任何注射针的情况下，将注射目标物质送到活体的目标注射对象区域的深度，以便能够使注射目标物质在由其产生的深度广泛扩散。附图简述
图1显示根据本发明的注射器的示意布置。图2显示安装到图1中所示注射器的启动器(点火装置)的示意布置。图3示意性显示人的皮肤结构。图4显示施加到图1所示注射器中注射溶液的压力转变。图5显示在图4所示转变中的压力施加到注射溶液时注射溶液在人皮肤结构中扩散的情况。图6A显示图解通过用本发明的注射器进行注射实验的结果的第一视图。图6B显示图解通过用本发明的注射器进行注射实验的结果的第二视图。图6C显示图解通过用本发明的注射器进行注射实验的结果的第三视图。
具体实施例方式以下参考


本发明的实施方案的注射器I。以下实施方案的结构通过举例方式描述。本发明不限于实施方案的结构。在此实施方案中，图1(a)显示图解注射器I的截面图，图1(b)显示从启动器20侧观察的图解注射器I的侧视图，图1 (C)显示从用于允许注射注射溶液的喷嘴4侧观察的图解注射器I的侧视图。注射器I具有主注射器体2。沿轴向延伸并且在轴向具有固定直径的通孔14在主注射器体2的中心部分处提供。使通孔14的一端与燃烧室9连通，燃烧室9的直径大于通孔14的直径。剩余的另一端到达其中形成喷嘴4的喷嘴孔5—侧。另夕卜，在与通孔14连通的燃烧室9的连通部分相反的一侧上安装启动器20，以使其装置与连通部分对向。
现在基于图2说明启动器20的实例。启动器20为电点火装置。用于布置点火装药22的空间由具有用绝缘盖覆盖的表面的杯21限定于杯21中。在空间中布置金属头部24，并且在其上表面提供圆筒形装药储存器23。点火装药22由装药储存器23保持。电连接一个导电引脚28和金属头部24的桥丝26在点火装药22的底部布线。两个导电引脚28用其间插入的绝缘体25固定到金属头部24，以便在不施加电压时，它们处于相互绝缘态。另外，杯21的开口(从中使通过绝缘体25支撑的两个导电引脚28伸出)以其中在两个导电引脚28之间保持令人满意的绝缘性能的状态由树脂27保护。在如上所述构造的启动器20中，通过外部电源在两个导电引脚28之间施加电压时，电流流动通过桥丝26，从而燃烧点火装药22。在此情况下，通过点火装药22燃烧产生的燃烧产物从装药储存器23的开口喷出。因此，在本发明中设计启动器20相对于主注射器体2的相对位置关系，以便在启动器20中产生的点火装药22的燃烧产物流入燃烧室9。另外，启动器帽12形成有边缘形横截面，以便启动器帽12由启动器20的外表面钩住，并将启动器帽12螺旋固定到主注射器体2。因此，启动器20通过启动器帽12固定到主注射器体2。因此，可防止启动器20本身从主注射器体2脱离，其否则就会由在启动器20中点火时产生的压力脱离。用于注射器I的点火装药22优选由下列例示:包含锆和高氯酸钾的爆炸装药(ZPP)、包含氢化钛和高氯酸钾的爆炸装药(THPP)、包含钛和高氯酸钾的爆炸装药(TiPP)、包含铝和高氯酸钾的爆炸装药(APP)、包含铝和氧化铋的爆炸装药(ABO)、包含铝和氧化钥的爆炸装药(AMO)、包含铝和氧化铜的爆炸装药(ACO)和包含铝和氧化铁的爆炸装药(AFO)或由多种前述爆炸装药组合组成的爆炸装药。上述爆炸装药显示这样一种特征，即在点火后立即燃烧期间产生具有高温和高压的等离子，但因为给定常温和燃烧产物冷凝时不含气体组分，产生的压力突然降低。该特征为优选地有助于对本发明的注射器I中的注射溶液形成加压模式的特征，此特征将稍后描述。可用以上以外的任何爆炸装药作为点火装药，其条件为可实现加压模式，如后所述。在此实施方案中，在燃烧室9中布置圆柱形的气体发生剂30，气体发生剂30由点火装药22燃烧产生的燃烧产物燃烧产生气体。例如，气体发生剂30例如由98%质量硝化纤维素、0.8%质量二苯胺和1.2%质量硫酸钾组成的单基无烟推进剂例示。也可使用用于气袋用气体发生器和安全带预紧器用气体发生器的各种气体发生剂。与上述点火装药22不同，在气体发生剂30的情况下，在燃烧期间产生的预定气体甚至在常温也包含气体组分。因此，与上述点火装药22相比较，产生的压力减小速率极小。另外，与上述点火装药22相比较，气体发生剂30燃烧时的 燃烧完成时间极长。然而，在燃烧室9中布置气体发生剂30时，通过调节气体发生剂30的尺寸、大小和/或形状，尤其是表面形状，可改变气体发生剂30的燃烧完成时间。这是因为，认为根据气体发生剂30的表面形状和由燃烧室9中气体发生剂30的布置造成的气体发生剂30和点火装药22之间的相对位置关系，可改变与允许流入燃烧室9的点火装药22的燃烧产物相关提供的接触状态。其次，在通孔14中布置由金属制成的活塞6，以便活塞6可在通孔14中沿轴向滑动。使其一端暴露于燃烧室9侧，而将密封元件7整体地连接到另一端。注射溶液ML，其为要从注射器I注射的注射目标物质，封闭在密封元件7和另一个密封元件8之间的通孔14中形成的空间中。因此，本发明的注射器的封闭单元由密封元件7，8和通孔14形成。各密封元件7，8由表面用硅油薄薄地涂覆的橡胶制成，以便在封闭注射溶液ML时注射溶液不漏，并且注射溶液ML可与活塞6的滑动移动一致地在通孔14中平滑地移动。在此实施方案中，在注射器I的前端侧(如图1所视右侧)形成本发明的注射器I的流道单元。具体地讲，在注射器I的前端侧上提供储存器5，储存器5形成有用于允许注射注射溶液ML的喷嘴4。借助于储存器帽13，将储存器5固定到主注射器体2的端面，衬垫3在其间插入。储存器帽13形成有边缘形横截面，以便储存器帽13固定储存器5，并且储存器帽13螺旋固定到主注射器体2。因此，在允许注射注射溶液ML时，防止储存器5由施加到注射溶液ML的压力从主注射器体2脱离。在储存器5连接到主注射器体2的状态下，在与密封元件8对向的部分形成凹槽10，其可容纳密封元件8。凹槽10具有近似与密封元件8相同的直径，并且凹槽10具有略长于密封元件8的长度的深度。因此，在压力施加到活塞6，并且注射溶液ML与密封元件
7,8 一起移动到注射器I的前端侧时，可在凹槽10中容纳密封元件8。当在凹槽10中容纳密封元件8时，经加压的注射溶液ML释放。因此，在储存器5与主注射器体2侧接触的部分形成流道11，以便将经释放的注射溶液ML引导到喷嘴4。因此，经释放的注射溶液ML通过流道11，并使注射溶液ML从喷嘴4排出到注射对象。由于凹槽10具有容纳密封元件8的深度，可避免否则会由密封元件8引起的对注射溶液ML注射的抑制作用。对于储存器5，可形成多个喷嘴4。或者，可形成一个喷嘴4。在形成多个喷嘴时，形成对应于各喷嘴的流道，以便将经释放的注射溶液送到各喷嘴。另外，在形成多个喷嘴4时，如图1(c)所示，优选围绕注射器I的中心轴以相等间隔布置各喷嘴。在此实施方案中，对储存器5提供的三个喷嘴4围绕注射器I的中心轴以相等间隔布置。考虑例如注射对象、施加到注射溶液ML的注射压力和注射溶液的物理性质(粘度)适当设定喷嘴4的直径。在如上所述构造的注射器I中，通过在启动器20中提供的点火装药22和在燃烧室9中布置的气体发生剂30，在燃烧室9中产生燃烧产物或预定气体，以便通过活塞6将压力施加到在通孔14中封闭的注射溶液ML。结果，将注射溶液ML与密封元件7，8 一起推或挤到注射器I的前端侧。在凹槽10中容纳密封元件8时，注射溶液ML通过流道11和喷嘴4，并使注射溶液ML注射到注射对象。将压力施加到允许注射的注射溶液ML。因此，注射溶液ML透过注射对象的 表面，并且注射溶液ML达到其内侧。因此，可用注射器I实现注射的目的。在此实施方案中，本发明的注射器I的注射对象为活体例如人、家畜等的皮肤结构。本说明书主要涉及对人皮肤产生的注射器I的作用。因此，图3示意性显示人皮肤的解剖学结构。人皮肤以层状形式构成，包括从皮肤表面侧沿深度方向排列的表皮、真皮、皮下组织(下皮)和肌肉组织。另外，表皮可以层状形式区分或分为角质细胞层和皮内(intradermis)。在皮肤结构的各层中，组织和用于构造组织的主要细胞等也具有不同的特征。具体地讲，角质细胞层主要由角化细胞组成，并且角质细胞层位于皮肤的最外表面侧上。因此，角质细胞层具有所谓的阻挡层功能。通常，角质细胞层的厚度为约0.01至
0.015_，角质细胞层通过角化细胞为人进行表面保护。因此，为了在一定程度上使人体的内部与外部环境物理隔离，也需要相当高强度。另一方面，皮内被构造为包括树突细胞(朗格汉斯细胞)和色素细胞(黑色素细胞)。表皮由角质细胞层和皮内形成。表皮的厚度一般为约0.1至2mm。认为在皮内的树突细胞为参与抗原-抗体反应的细胞。这是因为树突细胞通过结合抗原识别抗原的存在，并且易于诱导抗原-抗体反应，其中淋巴细胞被活化，以起到攻击外源物质的作用。另一方面，皮内中的色素细胞具有避免从外部环境辐射的紫外光的影响的功能。其次，皮肤上的血管和毛细血管遍及真皮错综分布。另外，例如，在真皮中也存在用于调节体温的汗腺、体毛(包括头上的毛发)的毛根和与其相伴随的皮脂腺。真皮为连通表皮和人体内部(皮下组织和肌肉组织)的层。真皮被构造为包括成纤维细胞和胶原细胞。因此，真皮的状态极大参与例如所谓的胶原缺乏或弹性蛋白缺乏造成的毛发脱落和皱纹出现。以此方式，大体以层状形式形成人的皮肤结构。固有的解剖学功能由例如主要在各层中包含的细胞和组织显示。这意味，例如，在对皮肤应用医疗治疗时，将用于医学治疗的组分(成分)注射到与医学治疗目的一致的皮肤结构的适合位置(深度)合乎需要。例如，在皮内存在树突细胞。因此，在其中进行疫苗注射时，可预期更有效的抗原-抗体反应。然而，在常规注射技术的情况下，难以对位于相对较浅部分的皮内进行疫苗注射。甚至在进行此种疫苗注射时，注射也极大依赖健康护理工作人员或医疗专业人员的技术。另外，在皮内中存在色素细胞，因此，也需要在为了所谓的皮肤增白进行美容治疗时，将用于皮肤增白的特定组分(成分)注入皮内。然而，在常规技术的情况下，难以进行上述这种治疗。其次，在真皮中存在成纤维细胞和胶原细胞。因此，例如，如果将用于去除皮肤皱纹的蛋白、酶、维生素、氨基酸、矿物质、糖、核酸和各种生长因子(上皮细胞和成纤维细胞)注入真皮，则预期有效的美容治疗。然而，真皮也以与皮内相同的方式位于相对较浅部分。因此，在常规技术的情况下，在很多情况下难以通过注射进行美容治疗。关于毛发再生治疗，毛根位于真皮中。因此，为了进行毛发再生治疗，认为以下程序是有利的。即，例如，进行干细胞注射方法，其中真皮乳头细胞和/或表皮干细胞经自体培养，并且将培养细胞自体移植到头皮，或者将从干细胞提取的数种类型生长因子和/或营养物组分注入邻近真皮的部分。以此方式，根据皮肤治疗目的注射的物质个别地对应于物质期望注入的皮肤结构中的位置(深度)。然而，对于常规技术难以调节注射位置。在本发明的注射器I的情况下，通过调节施加到注射溶液的压力，可优选地调节注射溶液在皮肤结构中到达的深度。如上所述，根据其治疗目的，用各种物质(注射目标物质)注入皮肤结构。因此，在以下说明中，将注射目标物质通称为“注射溶液”。然而，这不包括限制要注射物质的形式和内容物的意向。关于注射目标物质，要 递送到皮肤结构的组分(成分)可溶解或不溶解。任何具体形式也可用于注射目标物质，条件为可允许注射目标物质通过加压从喷嘴4注射到皮肤结构。可采用各种形式，包括例如液体和凝胶形式。 例如，可用于美容治疗的注射目标物质例如由用于皮肤增白或去除皱纹的蛋白、酶、维生素、氨基酸、矿物质、糖、核酸和各种生长因子(上皮细胞和成纤维细胞)例示。另夕卜，毛发再生治疗中的注射目标物质例如由真皮乳头细胞、毛根干细胞、表皮干细胞、HARG混合物(cocktail)和移植用毛发例示。其次，基于图4关于在注射器I中进行的对注射溶液的具体加压形式作出说明。图4显示通过适当调节注射器I中含有的点火装药22和气体发生剂30的组合借助活塞6施加到封闭在通孔14中的注射溶液的压力转变。图4的水平轴代表经过的时间(毫秒)，垂直轴代表施加的压力(MPa)。压力可通过在提供为与主注射器体2中的燃烧室9流通的压力测量口(在图1中未显示)中安装压力表测量。在图4所示的实例中，在三种类型的量的气体发生剂30与作为点火装药22的相同量的ZPP(包含锆和高氯酸钾)组合时提供的压力转变在图4中显示为L1、L2、L3。
现在将关于本发明的注射器I中的压力转变LI至L3作出说明。压力转变包括共同技术特征。首先，基于压力转变L2说明共同技术特征。在本发明的压力转变中，在对启动器20施加电后，立即启动点火装药22的燃烧，因此压力从压力为0的状态突然达到第一峰压力值Plmax。随后，压力降低到等待压力Pw2(等待压力在压力转变LI中由Pwl表示，等待压力在压力转变L3中由等待压力Pw3表示)。根据提供直至达到此点的压力转变将压力施加到注射溶液的过程被称为“第一加压模式”。随后，压力再次升高，并且压力达到第二峰压力P2max2 (第二峰压力在压力转变LI中由P2maxl表示，第二峰压力在压力转变L3中由P2max3表示)。随后，和缓地降低压力。根据使压力从等待压力升高到第二峰压力的压力转变将压力施加到注射溶液的过程或步骤被称为“第二加压模式”。以此方式，由第一加压模式和第二加压模式构成各压力转变LI至L3。通过具有不同燃烧模式或形式的点火装药22和气体发生剂30，实现在上述一个压力转变中提供的两种不同加压模式。即，点火装药22的燃烧形式的特征在于由对启动器20施加电引起的瞬时燃烧。另外，当产生的燃烧气体在常温冷凝时，其中不含气体组分，如ZPP所代表的。因此，施加到注射溶液的压力突然降低。因此，在图4中所示的微小时间At内完成基于第一加压模式的压力转变。另一方面，通过点火装药22燃烧产生的具有高温的燃烧产物流入燃烧室9，从而燃烧在其中布置的气体发生剂30。因此启动气体发生剂30的燃烧。因此，在基于第一加压模式的压力转变期间或在第一加压模式完成之后立即燃烧气体发生剂30，从而产生预定气体。与从点火装药22产生燃烧产物的速度比较，从气体发生剂30产生气体的速度极缓和。换句话讲，气体发生剂30的燃烧完成时间长于点火装药22的燃烧完成时间。因此，如同·样从图4所明确的，描绘压力转变，使得从等待压力Pw2直至达到第二峰压力P2max2提供的压力增加速率比在点火装药22点火时提供的压力增加速率缓和。对于压力转变LI，L3，此特征也以相同的方式提供。现在，根据以如上所述两种加压模式为基础的压力转变，基于图5关于在人皮肤结构中注射溶液的概念上的注射情况作出说明。在微小时间At(从在启动器20中施加电至达到等待压力Pw2的时间)内进行的第一加压模式中，如图5(a)所示，允许从注射器I注射微量的注射溶液。在微量注射溶液的注射中，允许根据每单位时间的注射量(即，注射流速)注射的注射溶液具有的能量量由如下表达式I确定，
P=1/8 SpDjUj ~ ~ ~ (表达式 I)
P:排出注射溶液的能量，
P:注射溶液的密度，
D:喷嘴4的直径， u:注射溶液的排出速度。注意到，表达式I只计算允许注射的注射溶液具有的能量量。即使在只提供表达式I时，也不足以说明皮肤结构中注射深度的调节。即，为了调节注射深度，有必要根据本发明进行压力控制。鉴于上述，以下关于皮肤结构中注射深度的调节，对根据本发明的压力控制作出说明，同时把表达式I考虑在内。在第一加压模式中，在极短时间段内进行压力转变，其中压力从0经峰压力Plmax达到等待压力。因此也证实允许具有高能量的注射溶液在此过程中注射到皮肤。结果，允许在第一加压模式中注射的注射溶液透过皮肤的最外表面，并且注射溶液侵蚀皮肤的内侧(排出注射溶液在图5(a)中由SI表示)。在此情况下，认为在由表达式I表示的第一加压模式中排出注射溶液的能量更多增加时，注射深度也更加加深。在上下文中，根据表达式1，排出注射溶液的能量P与注射溶液排出速度u的立方和注射溶液密度的乘积成比例。因此，峰压力Plmax越大，排出注射溶液的能量P越大。另外，执行第一加压模式的微小时间At越短，能量P越小。因此，可通过调节能量P调节注射溶液能够在皮肤中达到的注射深度。图5(a)示意性显示注射溶液达到人皮肤结构中表皮的层部分的情况。然而，在调节能量量时，可在第一加压模式中使注射深度更深，或者可使注射深度更浅。在上下文中，压力在第一加压模式中达到的等待压力应是这样一种压力，其使得在第一加压模式中在皮肤结构内侧在注射深度方向由排出注射溶液导致的侵蚀减轻，并且穿透通道的直径在皮肤结构中形成的注射溶液穿透通道的部分处可减小或缩小。在此情况下，在压力提高到峰压力Plmax，并且压力随后降低到等待压力时，注射溶液具有的能量量降低。因此，注射溶液导致的皮肤的侵蚀减轻，并且排出注射溶液不达到皮肤结构的最深部分。另外，活体的皮肤结构具有一定弹力。因此，由于弹力，可通过该弹力减小或缩小穿透通道的直径，同时在已形成穿透通道的一部分处包括注射溶液或几乎不包括注射溶液，尤其在前端侧(在深度方向的深侧)。结果，在第一加压模式中压力达到等待压力的时间点，在穿透通道的前端侧上形成直径减小的状态，并且在穿透通道的近端侧上保持直径不减小的状态。因此，在穿透通道的前端侧和近端侧之间产生与注射溶液压力相关的强度差。即，与其近端侧比较，在穿透通道的前端侧上强度相对较高。结果，在后述第二加压模式中再次进行加压时，注射溶液的压力均匀施加到整个穿透通道，但在未减小直径状态的穿透通道部分具有弱于减小直径部分的强度，因为在未减小直径状态的穿透通道部分相对增大或扩大。认为此情况有助于注射溶液扩散。根据上述，合乎需要的是等待压力从第一加压模式中的峰压力Plmax降低到在后述第二加压模式中使穿透通道的前端侧通过从皮肤结构产生的弹力收缩或缩小的程度，即，产生可保证或担保注射溶液根据第二加压模式扩散的穿透通道强度差的程度。例如，优选等待压力不大于峰压力Plmax的50%。其次，在第二加压模式中描绘其中压力从等待压力Pw2升高到第二峰压力P2max2的压力转变。从由于根据第一加压模式注射溶液的压力达到等待压力Pw2、估计在通过注射溶液形成的穿透通道中产生强度差的状态，注射溶液的压力根据第二加压模式再次增加时，认为限制在具有减小直径的穿透通道中的注射溶液被再次加压。然而，由于上述强度差，允许以第二加压模式注射的注射溶液表现为通过在未减小直径部分存在的注射溶液对皮肤结构加压，而不是直接作用于穿透通道的底部。因此，注射溶液导致从未减小直径状态的穿透通道透入皮肤结构的内部，而不是进一步沿深度方向侵蚀。换句话讲，认为注射溶液通过未减小直径状态的穿透通道部分(认为具有对于压力相对较低的强度)扩散到皮肤结构的组织内部(在图5(b)中，根据第二加压模式扩散的注射溶液由S2表示)。另外，在第二加压模式中提供的压力增加速率比在第一加压模式提供的压力增加速率和缓。因此，注射溶液可沿着皮肤结构的层状组织的延伸方向扩散进入皮肤，而不会无用地加深注射溶液的注射深度。图5(b)只概念性显示如上描述的扩散状态。在注射深度设定到如图5(a)中观察的任何不同深度时，扩散状态也不同。例如，也可进行扩散，以便注射溶液渗透进入较接近真皮的部分或进入真皮。

根据允许由注射器I注射的注射溶液的量(注射量)确定第二加压模式持续的时间段。在经过第二峰压力P2max2后，施加到注射溶液的压力逐渐降低。然而，在允许从喷嘴4注射的注射溶液耗尽的时间点，压力变成O，并且第二加压模式结束。第二加压模式的目的是使注射溶液扩散到皮肤结构的所需深度。因此，优选在第二加压模式中允许从注射器I注射的注射溶液量大于在第一加压模式中允许注射的注射溶液量。此情况可充分实现，因为第一加压模式在微小时间At内进行，如上所述。以此方式，在本发明的注射器I的情况下，压力转变推进，使得压力在第一加压模式中经历等待压力，并且注射溶液根据第二加压模式扩散。因此，可将注射溶液送到皮肤结构中所需的深度。具体地讲，以第二加压模式进行的加压主要指向注射溶液的扩散，并且防止注射深度无用地加深。因此，可精确地使注射溶液甚至在注射深度相对较浅的部分扩散。现在将分别关于图4中所示的压力转变L1、L2、L3作出说明。在这些压力转变中，在第一加压模式中提供的峰压力近似为Plmax，并且通过利用相同的启动器20而相互一致。等待压力分散于Pwl至Pw3范围。然而，如上所述，关于等待压力，当压力从第一加压模式中的峰压力降低至一定程度时，在第一加压模式中由排出注射溶液产生的在皮肤结构内侧在注射深度方向发生的侵蚀减轻，并且压力可表现为这样一种压力，其使得穿透通道的直径在皮肤结构中提供的注射溶液穿透通道的一部分处可减小或缩小。以此方式，甚至在使用相同启动器20时，各自布置在燃烧室9中的气体发生剂30也具有不同量。因此改变第二加压模式中的压力转变，如图4中所示。具体地讲，在压力转变LI的情况下，气体发生剂30的量达到最大限度。在压力转变L3的情况下，气体发生剂30的量达到最小限度。在压力转变L2的情况下，气体发生剂30的量为中间量。因此，在第二加压模式中的峰压力处于如下关系:在压力转变LI中的P2maxl>在压力转变L2中的P2max2>在压力转变L3中的P2max3。根据上述三种类型的压力转变，可提供在接近相同注射深度使注射溶液扩散的不同速度和要扩散的注射溶液的不同量。在压力转变L3中提供的峰压力P2max3具有低于在第一加压模式中提供的峰压力Plmax的值。在此程序中Plmax和P2max3之间的压力差在相对于Plmax的预定比内。这是因为旨在阐明所述压力转变，其中为了将注射溶液送到皮肤结构中所需深度，与基于常规技术的任何压力转变不同，在第一加压模式中经历等待压力后，注射溶液根据第二加压模式扩散。预定比由Plmax的60%例示。在压力转变LI，L2的第二加压模式中提供的峰压力P2maxl，P2max2具有超过在第一加压模式中提供的峰压力Plmax的值。为了实现所需注射量，适当设定上述峰压力P2maxl, P2max2。前述实施方案是假定使用人皮肤结构而说明的。然而，本发明的注射器可用作人以外的动物(例如家畜、宠物等)所用的注射器。在此情况下，在考虑注射对象的皮肤结构的特征例如杨氏模量等的同时，适当调节在启动器20上携带的点火装药22的类型和量和气体发生剂30的类型和量。在前述实施方案中，压力施加到注射器I中的注射目标物质。然而，也容许注射目标物质例如为粉末或粒状固体，条件为可允许从注射器I注射注射目标物质。
实施例 以下关于用本发明的注射器I进行的注射实验(实验I至4)描述实验条件和实验结果。为了使注射溶液集中或以集中方式扩散进入作为注射对象的猪皮肤层，设定以下实验条件。<实验条件>
(关于注射器I)
将87mg ZPP (锆和高氯酸钾)混合物用于启动器20的点火装药22，并将表I中所示量的单基推进剂用于气体发生剂30。喷嘴4的直径为0.1mm，三个喷嘴4同心布置。单基推进剂的组分比如下。硝化纤维素:98.1%重量；
二苯胺:0.8%重量；
硫酸钾:1.1%重量；
石墨(损耗比(损耗)):微量。(关于注射对象)
在此实施方案中，将猪的腹皮部分用作注射对象。具体地讲，将猪处死，然后剥离皮肤部分，随后在生理盐水溶液中在4°C储存6天，以制备样品(冷藏)，或者随后在_70°C冷冻储存，之后解冻，以制备样品。(关于注射溶液)
为了在注射后容易地 掌握注射溶液的扩散情况，使用有色水溶液(亚甲蓝)。表I
权利要求
1.用于将注射目标物质注入活体的注射对象区域而不使用任何注射针的注射器，所述注射器包含: 封闭注射目标物质的封闭单元； 对封闭单元中封闭的注射目标物质加压的加压单元；和 流道单元，所述流道单元限定流道，以便使通过加压单元加压的注射目标物质注射到注射对象区域，其中加压单元具有: 第一加压模式，其中使加压单元中施加到注射目标物质的压力升高到第一峰压力，以使注射目标物质透过注射对象区域的表面，然后使施加到注射目标物质的压力降低到等待压力；和 第二加压模式，其中对具有等待压力的注射目标物质加压，以便使施加到注射目标物质的压力升高到第二峰压力，以注射预定注射量的注射目标物质。
2.权利要求1的注射器，其中 等待压力不大于相对于第一峰压力的第一预定比。
3.权利要求1或2的注射器，其中:第二峰压力不大于第一峰压力；并且 第一峰压力和第二峰压力之间的压力差在相对于第一峰压力的第二预定比内。
4.权利要求1或2的注射器，其中第二峰压力为超过第一峰压力的压力。
5.权利要求1至4中任一项的注射器，其中在第二加压模式中从等待压力至达到第二峰压力所提供的压力增加速率低于在第一加压模式中从加压开始至达到第一峰压力所提供的压力增加速率。
6.权利要求1至5中任一项的注射器，其中第二加压模式中注射目标物质的排出量大于第一加压模式中注射目标物质的排出量。
7.权利要求1至6中任一项的注射器，所述注射器进一步包括: 包括点火装药的点火装置；和 燃烧室，燃烧室允许由点火装药燃烧产生的燃烧产物流入，并且容纳待由燃烧产物燃烧以产生预定气体的气体发生剂，其中: 注射器经构造以便将燃烧室中的压力施加到封闭单元中封闭的注射目标物质，并且其中加压单元使用: 通过在点火装置中点火装药燃烧产生的压力增加作为第一加压模式中直至达到第一峰压力的加压转变；和 通过气体发生剂产生的预定气体引起的压力增加作为第二加压模式中直至达到第二峰压力的加压转变。
8.权利要求7的注射器，其中使用在第一加压模式中通过燃烧室中燃烧产物的冷凝引起的压力减小作为从第一峰压力到等待压力的减压转变。
9.权利要求7或8的注射器，其中: 点火装药的燃烧完成时间早于气体发生剂的燃烧完成时间；并且 来自气体发生剂的气体产生速度在点火装药燃烧完成并且施加到注射目标物质的压力从第一峰压力减小到等待压力的阶段增加。
10.权利要求7至9中任一项的注射器，其中点火装药为包含锆和高氯酸钾的爆炸装药、包含氢化钛和高氯酸钾的爆炸装药、包含钛和高氯酸钾的爆炸装药、包含铝和高氯酸钾的爆炸装药、包含铝和氧化铋的爆炸装药、包含铝和氧化钥的爆炸装药、包含铝和氧化铜的爆炸装药和包含铝和氧化铁的爆 炸装药中的任一种爆炸装药，或由多种前述爆炸装药的组合组成的爆炸装药。
全文摘要
在不使用任何注射针的情况下，可将注射目标物质送到目标活体的皮肤结构的某一深度。不具有注射针的注射器包括封闭注射目标物质的封闭单元；对封闭单元中封闭的注射目标物质加压的加压单元；和流道单元，所述流道单元限定流道，以便使通过加压单元加压的注射目标物质注射到注射对象区域。加压单元具有第一加压模式，其中使加压单元中施加到注射目标物质的压力升高到第一峰压力，以在注射对象区域中形成穿透通道，然后使施加到注射目标物质的压力降低到等待压力；和第二加压模式，其中对具有等待压力的注射目标物质加压，以便使施加到注射目标物质的压力升高到第二峰压力，以注射预定注射量的注射目标物质。
文档编号A61M5/30GK103200982SQ20118005545
公开日2013年7月10日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年9月17日
发明者小田慎吾 申请人:株式会社大赛璐