【所屬領(lǐng)域】
醫(yī)療裝備
【痛點(diǎn)問題】
無針注射是一種依靠射流刺破皮膚達(dá)到經(jīng)皮輸送藥物的技術(shù)。該技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，如避免了人員操作不當(dāng)造成的人體刺傷，降低了交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)；縮短注射時(shí)間，減少創(chuàng)傷，提高注射效率；以高壓射流的形式瞬時(shí)穿透皮膚達(dá)到真皮層后迅速彌散，藥物分散范圍更廣，有利于藥物更快地被人體吸收；穿透人體組織的深度有限，對(duì)神經(jīng)末梢刺激較小，注射時(shí)幾乎無痛感，有助于提高對(duì)針頭具有恐懼性患者的順應(yīng)性等。目前，無針注射器在醫(yī)療市場(chǎng)的疫苗、胰島素、高危傳染病的治療中占有一定份額。同時(shí)，無針注射顯現(xiàn)出很大的市場(chǎng)潛力，被評(píng)價(jià)為當(dāng)前最具有前景的給藥系統(tǒng)之一。
不過，以彈簧或氣體為動(dòng)力源的無針注射系統(tǒng)，很難實(shí)現(xiàn)注射過程中射流參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致無針注射的使用中出現(xiàn)滲透深度控制難、適應(yīng)人群范圍小、偶爾出現(xiàn)疼痛和瘀腫等問題。
【成果介紹】
為解決上述問題，本項(xiàng)目在應(yīng)用電磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)射流特性可控的無針注射技術(shù)。根據(jù)不同人群、不同部位、不同藥物的注射要求，實(shí)現(xiàn)藥物的可控輸送，最大限度地提高藥物的輸送效率和吸收效率，減少相關(guān)藥物的用量，對(duì)于減少疫苗接種和治療藥物的使用成本、減輕病患負(fù)擔(dān)、減少財(cái)政支出具有十分重要的意義。
本項(xiàng)目以音圈電機(jī)作為無針注射的動(dòng)力源，開展射流特性調(diào)控算法的研究，研制一套射流特性可控的無針注射原型系統(tǒng)及測(cè)試平臺(tái)。該系統(tǒng)以可編程控制器為核心，其內(nèi)部嵌入預(yù)先設(shè)計(jì)好的射流特性控制驅(qū)動(dòng)算法，在控制輸入的作用下調(diào)節(jié)音圈電機(jī)的輸出力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)射流速度與壓力的控制。
(1)建立電場(chǎng)-磁場(chǎng)-流場(chǎng)耦合的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的無針注射系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。分析了恒定電壓、電容放電和脈寬調(diào)制電容放電的三種供電方式下的射流，發(fā)現(xiàn)三種供電方式下的射流特性具有相似的變化特征。其中，脈寬調(diào)制電容放電的供電方式可通過改變脈寬的長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)射流的峰值滯止壓力。
(2)根據(jù)脈寬調(diào)制電容放電的無針注射數(shù)學(xué)模型，提出基于脈寬調(diào)制的分段射流控制算法和基于模糊 PID 閉環(huán)控制到開環(huán)控制遷移的射流控制算法，通過仿真分析驗(yàn)證了兩種射流控制算法的可行性。
(3)開發(fā)一套音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的射流特性可控型無針注射原型系統(tǒng)，包括機(jī)械平臺(tái)、硬件電路、下位機(jī)控制軟件及上位機(jī)測(cè)試軟件。
(4)完成音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的射流特性可控型無針注射原型系統(tǒng)的射流沖擊力實(shí)驗(yàn)和藥液擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。射流沖擊力實(shí)驗(yàn)表明，兩種射流控制算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真得到的射流沖擊力曲線基本一致。無針注射藥液擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種射流控制算法下的藥液擴(kuò)散效果均明顯優(yōu)于無控制算法下的效果，其中模糊 PID 閉環(huán)控制到開環(huán)控制遷移的射流控制算法效果更優(yōu)。
圖1 成果展示
【性能指標(biāo)】
以可編程控制器為核心，其內(nèi)部嵌入預(yù)先設(shè)計(jì)好的射流特性控制驅(qū)動(dòng)算法，在控制輸入的作用下調(diào)節(jié)音圈電機(jī)的輸出力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)射流速度與壓力的控制。以適應(yīng)不同人群和不同藥液的無針注射的需要。
【技術(shù)成熟度】
已完成原理樣機(jī)、測(cè)試平臺(tái)軟硬件的研制。進(jìn)行了不同控制參數(shù)下射流曲線測(cè)試實(shí)驗(yàn)；以明膠、豬皮為對(duì)象，進(jìn)行了體外注射擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。
【市場(chǎng)前景】
可應(yīng)用于人類疫苗接種、胰島素注射、皮膚病治療、美容等場(chǎng)合。亦可在養(yǎng)殖場(chǎng)及寵物醫(yī)院應(yīng)用于動(dòng)物的疫苗注射。
（1）以胰島素注射為例，2019 年全球糖尿病患者已經(jīng)達(dá)到 4.63 億；預(yù)計(jì)到 2030 年，糖尿病患病人數(shù)可達(dá)到 5.78 億。可見需要胰島素注射的人群非常龐大，無針注射器的潛在市場(chǎng)十分巨大。
（2）以疫苗接種為例，目前計(jì)劃免疫市場(chǎng)容量巨大，且隨著流行病的日益增多，針對(duì)不同病毒的疫苗接種需求日益增多，形成了越來越大的疫苗接種市場(chǎng)，從而會(huì)帶動(dòng)無針注射器需求的激增。
本項(xiàng)目開發(fā)的注射過程可控的無針注射器，可以適應(yīng)不同人群、不同藥物或疫苗的無針注射，因而，具有十分廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【發(fā)展規(guī)劃】
擬尋找合作單位，以為合作單位提供技術(shù)開發(fā)和技術(shù)服務(wù)的方式，深入研究可控型無針注射器的系統(tǒng)建模、控制算法、產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)與開發(fā)、體外實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。
【合作方式】
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價(jià)入股、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG24005
