无针注射器研究与开发

无针注射器机构创新设计摘要

摘要

相对于传统的皮下注射，无针注射是一种全新的注射方式，具有无痛、药物吸收好、操作方便、消除了交叉感染等诸多优点。国内对无针注射器的研究起步较晚，落后于国外技术，目前尚处于研发阶段。本文在深入分析无针注射器结构特点的基础上，自主研发了弹簧式无针注射器和气动无针注射器，主要研究工作如下：

(1) 对国内外无针注射技术的发展现状进行研究，分析了无针注射的注射机理，运用工程设计学方法深入分析了无针注射器的结构特点，制定了无针注射器系统结构设计方案。

(2) 自主研发的弹簧驱动式无针注射器和气动式无针注射器结构简单与现有商业用的无针注射器相比，操作方便，成本低。

(3) 为了获得既要快速响应又要有持续驱动力的动力系统，将冲击气缸原理应用到无针注射技术中，所设计的磁阻尼冲击气缸式无针注射器，冲击力大，注射效果好，有很好的商业价值，值得推广应用。

(4) 设计的分离式安瓿装置，成本低，操作方便，消除了药液交叉感染的危险。

(5) 建立了弹簧式无针注射器和气动式无针注射器的数学模型，利用 软件进行了仿真分析，并对磁阻尼冲击气缸中永磁铁的进行了磁力测试，对从事无针注射器研究的工程设计人员具有较好的参考价值。

关键词：无针注射器，创新设计，仿真分析，安瓿

作者：贾军朋 指导老师：钟康民

Abstract Innovative Design of The needle-free Injection

目录

第一章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.1.1 无针注射技术背景 (2)

1.2 无针注射器的研究现状 (4)

1.2.1 国外无针注射技术的应用现状 (4)

1.2.2 国内无针注射技术的发展趋势 (4)

1.3 本课题的意义和主要内容 (5)

1.3.1 本课题的意义 (5)

1.3.2 本课题的主要内容 (5)

第二章无针注射器产品的设计过程 (7)

2.1 前言 (7)

2.2 产品设计过程的一般模式 (7)

2.3 无针注射器原理方案设计 (8)

2.3.1 总功能分析 (8)

2.3.2 功能分解 (9)

2.3.3 功能元求解 (9)

2.3.4 系统方案求解 (11)

2.4 小结 (13)

第三章弹簧驱动式无针注射器的结构设计与仿真 (14)

3.1 概述 (14)

3.2 弹簧驱动式无针注射器结构设计 (14)

3.2.1 动力弹簧的选择 (14)

3.2.2 触发机构的设计 (17)

3.2.3 缸筒的结构设计 (18)

3.2.4 系统总体结构设计 (19)

3.3 数学模型 (20)

3.4 仿真分析 (23)

3.5 小结 (28)

第四章气动无针头注射器的结构设计与仿真 (29)

4.1 概述 (29)

4.2 基于缸阀一体化的气动无针注射器结构设计 (30)

4.2.1 转阀式气动无针头注射器 (30)

4.2.2 按键式气动无针头注射器 (32)

4.2.3 推键式气动无针头注射器 (33)

4.3 缸阀分离式磁阻尼冲击气缸无针注射器 (36)

4.3.1 冲击气缸原理 (36)

4.3.2 磁阻尼冲击气缸式无针注射器 (38)

4.4永磁铁的磁力计算 (39)

4.4.1 永磁铁的选择 (39)

4.4.2永磁铁的磁力实验计算 (41)

4.5 气动无针注射器的仿真 (46)

4.6 小结 (51)

第五章无针注射器安瓿的结构设计 (52)

5.1概述 (52)

5.2 注射装置 (52)

5.2.1注射装置结构设计 (52)

5.2.2 注射装置材料的选择 (53)

5.2.3 注射头喷嘴的设计 (53)

5.3 取药装置 (54)

5.4 小结 (54)

第六章总结与展望 (55)

6.1 全文总结 (55)

6.2 展望 (55)

参考文献 (57)

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文 (60)

致谢 (61)

无针注射器结构创新设计第一章绪论

第一章绪论

1.1 引言

传统的注射器是通过不锈钢针头注射人体,容易造成局部皮肤损害、出血，不仅疼痛显著,令多数患者（特别是儿童）产生恐惧，还有造成注射部位感染的危险，并且大量一次性注射器使用后即成为威胁环境健康的医用垃圾，国外报道显示，在美国440万医务人员中，每年因针头或者医疗锐器刺伤的人数达80万，护士每年发生的针刺伤达80~100万次。我国的情况不容乐观：1999年，福建樟湖镇地区由于不安全注射导致的感染病例数达59例，造成直接经济损失数百万元。2002年对广州市13所医院的3010名护士的调查显示，87.5%的护士有注射锐器刺伤经历，高于国外报道。

1994年，WHO和联合国儿童基金会在科特迪瓦举行的免疫接种会议上，2002年10月，WHO在柬埔寨金边召开的“全球安全注射网络年会暨注射后废弃物管理技术研讨会”提出安全注射的要求，呼吁积极发展和推广无针注射技术。

无针注射器的概念最早出现在100多年以前。1866年，法国科学家发明了无针头注射器（如图1-1所示），拉开了人类开发和研制无针头注射器的序幕。在1936年美国科学家首次获得“射流注射”专利并在二战期间用于军队的大规模预防接种，但由于当时的注射器在每次使用前必须进行充填和调节，另有药剂无菌、“定量包装”生产工艺及传递效率等关键问题尚未解决，所以无针注射的技术并未广泛推广应用[1]。在80年代后，随着临床的需要和科技的发展,无针注射器经过大量深入的研究，通过小型化、轻量化的改进，并在针孔尺寸、压力控制、药流速度、能量曲线以及药液的分布、药物的吸收等方面，进行了更加合理的设计和研究，现在无针注射技术已逐渐成熟。

图1-1早期的无针注射器