郎淇　黄荣意　宋云博　谢建锋　文强　王桂龙

摘 要：今天，我们仍然使用各种不锈钢注射器将液体药物注入人体。然而，在注射期间不可避免地对患者造成皮肤损伤，交叉感染和疼痛，而且医护人员在进行误操作时也会带来危险，特别是在对特殊病人进行注射操作时更是如此。与传统的针头注射器相比，无针注射是一种新型的注射方法，具有操作简单，消除交叉感染，无痛，吸收性好等优点。并且产品适应力、实用性更强，使用范围也相对更广，可以装载包括胰岛素、青霉素、局部麻药等一系列皮下注射药品，且注射安全迅速，拥有无限的皮下注射市场前景。因此，无针注射器的发展具有重要的现实意义。

关键词：动力弹簧的选择 触发器的设计 总体的设计

中图分类号：TH789文献标识码：A文章编号：1003-9082（2020）02-0-01

一、无针注射器简介

由于法国科学家在19世纪提出了“无针注射”的概念，许多学者已经开始研发不需要针头的先进注射器。并依靠推力使药液成为高速喷射液体，并将其注射到患者的组织中。近年来，无针注射作为一种新型医用注射技术已逐渐应用于临床，皮下注射。无针注射的原理是液体药物通过机械压力和高速射流直接注射到人体组织中，而不用金属针头。由于没有针头，解决了传统注射的缺点。由于机械压力的作用，液体药物以非常小的直径高速喷射。由于液体的性质，藥物在进入人体时以雾的形式扩散，不会形成药池，并且在整个注射过程中对组织几乎没有损伤。药物的分布相对均匀，有利于对液体药物的吸收。

二、无针注射器的结构设计

无针注射的机械原理为：当压缩弹簧启动时，将连杆向前推。包含液体药物的安瓿底部的活塞由于压力被弹出，液体从安瓿瓶前面的小孔中被排出。药液在压力作用下，注射到皮下组织实现无针注射。与其他方式的无针注射技术相比，这种设计的优点是设备小巧，处理简单，使用方便且使用时不会产生噪音。

1.动力弹簧的选择

在无针注射器中，动力弹簧应具有大的形变能量，弹簧体积小，压缩量小但动力大，并且工作稳定不易发生塑性形变。因此，我们选用金属圆柱形螺旋弹簧，其刚度稳定，结构简单，易于制造作为动力源。最终确定使用304不锈钢材料和弹簧钢。

2.触发机构的设计

通过对工程应力的分析，选择结构简单的机械机构，作为触发装置。其工作原理是：弹簧压缩储能后，冲击活塞在棘轮棘爪的作用下处于工作状态，棘爪绕铰链轴向上转动，驱动爪可以滑过棘轮的牙齿。为了避免在运动过程中冲击活塞和棘爪之间发生碰撞，冲击活塞的前端应设计成锥形，同一棘爪的前端也应加工有一定的倾斜度。杠杆式触发装置结构简单，操作方便。在本文中，滑块驱动装置用于驱动棘爪，从而保证了安全性。

3.缸筒的结构设计

缸筒结构设计，是无针注射器的重要组成部分。其主要功能是安装动力弹簧，冲击活塞，触发装置和药物储存安瓿。其主要结构设计直接决定了无针注射器系统的结构和成本以及外观。缸筒的结构设计应基于以下三个要求：

（1）重量轻、尺寸小、外观简洁、美观。

（2）易于加工制造，在气缸的结构设计中，滑块与棘爪支架和气缸之间的连接是至关重要的。

（3）方便拿握和使用。

4.系统总体结构设计

从整体的角度分析系统总体结构设计，如图1根据装配关系、各部件的相对位置以及整体的美观性，完成总体设计和布局，使系统能够满足各种功能的要求。力求实现结构简单，外观美观。本文设计的弹簧动态无针注射器结构简单，操作方便，整体美观，符合设计要求。（如图1）

三、总结与展望

1. 全文总结

一百年前，法国科学家提出了无针注射的大致概念。西方国家非常重视无针注射技术。国外进行了大量的研究和临床试验。目前，已有100多种不同大小的无针注射器广泛应用于皮下注射，如接种疫苗，美容注射和胰岛素注射等领域。中国的无针注射技术仍处于研发阶段。提升中国在高科技制药行业的竞争力具有积极意义。现将本文研究成果总结如下：

（1）阐述了无针注射的注射原理。

（2）采用工程设计方法，系统分析了无针注射器的结构，制定了可行的设计方案。

（3）设计了气动无针舵机，并对气动无针舵机进行了详细的仿真分析。结果表明，气动无针注射器的注射性能优于弹簧式无针注射器。

（4）创新设计了机械可拆卸式无针注射器，并对机械无针注射器进行了仿真分析，结果表明其注射性能优于传统注射器。

2.展望

本文设计的弹簧式无针注射器和气动无针注射器的力学性能分析只能反映注射性能。另外无针注射的技术难点在于设计出可以在瞬间加压的动力装置，随着材料科学的发展以及动力装置的进步，对合金材料进行深入研究，这种新型动力器件应用于无针注射领域，这是无针注射技术的必然趋势。

找到最大冲击力，冲击活塞和安瓿活塞杆之间存在一定的间隙，而冲击过程是一个非常复杂的动态问题。需要通过实验验证来解决间隙的最佳距离。

这种新型动力装置用于无针注射领域，是气动无针注射器商业化的重要组成部分。如何将控制开关与气缸体结合起来既安全又可靠，美观大方，是本文后续工作的重点。

目前为止安瓿瓶的设计和研发处于起步阶段，但是国家已经高度重视安瓿瓶的研发和设计，相信在很短时间之内，功能完善的安瓿瓶便会出现在无针注射领域中。

3.发展前景

无针注射器在疫苗接种和胰岛素药物注射以及宠物疫苗的注射等方面应用广泛，也为恐针症患者带来了福音。根据近几年来全世界对注射器行业消费的分析表明：注射器类是医疗机构临床使用次数最多的医疗机械。

参考文献

[1]田汉波.浅谈无针注射技术[J].仪器原理，2010，31（4）：106—107.

通讯作者：王桂龙，30116085@qq.com。