ПОРШЕНЬ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ В УСТРОЙСТВАХ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ Российский патент 1999 года по МПК A61M5/315 

Изобретение относится к усовершенствованиям в конструкциях поршней для перемещения жидкости внутри цилиндрической камеры, в частности в баллончиках для инъекций. Более точно, данное изобретение относится к усовершенствованной форме поршней, подлежащих использованию в баллончиках для инъекций, которая придает повышенную точность процессу измерения и дозирования препаратов из указанных баллончиков.

Поршни, подлежащие использованию в баллончиках для инъекций, обычно изготавливаются из резины или аналогичного пластика, обладающего упругими свойствами. При изготовлении таких поршней одну или обе из их торцевых поверхностей выполняют плоскими и расположенными под прямым углом к продольной оси поршня. Кроме того, плоские торцевые поверхности часто выполняют с некоторым количеством небольших выступов для предотвращения прилипания указанных поверхностей друг к другу при изготовлении поршней и манипулировании ими.

Когда такой поршень вставляют в цилиндрический корпус баллончика для инъекций, он будет деформироваться и сжиматься. Это происходит потому, что внутренний диаметр цилиндрического корпуса должен быть меньше, чем наружный диаметр поршня, для обеспечения хорошего уплотнения между поршнем и внутренней стенкой цилиндрического корпуса. Когда поршень упруго деформируется таким образом, его торцевые поверхности, ранее имевшие плоскую форму, приобретают теперь вогнутую конфигурацию, и при этом центр торцевой поверхности расположен глубже, чем периферийные участки указанной поверхности.

То обстоятельство, что форма торцевой поверхности поршня не плоская, вызывает снижение точности дозирования, когда поршень смещают на определенное расстояние для отмеривания определенного количества выдаваемого жидкого препарата.

Степень вогнутости обычно составляет величину порядка 0,1 мм. Смещение поршня при отмеривании дозы жидкости часто составляет около 1 мм. Таким образом ясно, что вогнутость поршня может вызвать ошибку дозирования до 10 процентов. Такое значение ошибки обычно неприемлемо.

Эта проблема усугубляется в баллончиках для инъекций двухкамерного типа. Как известно, эти баллончики содержат переднюю камеру, которая обычно содержит твердый компонент препарата, подлежащего вводу в виде инъекции, и заднюю камеру, которая обычно содержит жидкий компонент указанного препарата. Две камеры разделены подвижным передним поршнем, а задний конец задней камеры уплотняется подвижным задним поршнем. Если нужно смешать два компонента, задний поршень смещают вперед, и давление, образуемое при этом смещении, передается через в основном не сжимаемую жидкость к переднему поршню, который, в свою очередь, смещается вперед. Это смещение переднего поршня вперед открывает перепускное (байпасное) соединение, так что за счет смещения заднего поршня жидкость, находящуюся в задней камере, заставляют перетекать в переднюю камеру и смешиваться с твердым компонентом для образования желаемого вводимого препарата. Когда обеспечено перетекание всего жидкого компонента под давлением в переднюю камеру, передняя поверхность заднего поршня будет упираться в заднюю поверхность переднего поршня, и два поршня теперь будут действовать совместно как один-единственный поршень при отмеривании (дозировании) вводимого препарата, образованного в передней камере.

Однако когда две торцевые поверхности двух поршней контактируют друг с другом, они не упираются друг в друга по всей площади поверхности, поскольку они не плоские. Вследствие деформации образованные вогнутые поверхности сначала упираются друг в друга только своими периферийными участками, и это создает эффект подпружинивания, что делает смещение двух объединенных поршней неточным. Поскольку невозможно сместить передний поршень относительно цилиндрического корпуса без трения и поскольку трение покоя больше трения при смещении, передача дозирующего смещения, которое может составлять около 1 мм, не будет непрерывной. Это означает, что позиционирование переднего поршня будет неточным, что приведет к неточному дозированию.

Это особенно характерно для поршней, имеющих небольшую массу, которые перемещаются с низкой скоростью при значительном противодействии трения. В этом случае смещение поршневого штока не будет передаваться передней поверхности переднего поршня без отклонений.

Вышеописанный эффект подпружинивания также будет вызывать увеличение радиального сжимающего усилия, действующего на стенку цилиндрического корпуса со стороны поршня, когда поршни дополнительно деформируются в процессе передачи осевого усилия от поршневого штока. Таким образом, сила трения увеличивается, когда необходимо сместить поршни. Это создает еще большие трудности при получении требуемой точности дозирования вводимого препарата.

С помощью настоящего изобретения упомянутые выше проблемы в значительной степени устраняются. В соответствии с изобретением разработан поршень из упругого материала, подлежащий использованию в баллончике для инъекций двухкамерного типа, в котором передний поршень и задний поршень расположены в цилиндрическом корпусе баллончика и, по меньшей мере, одна из торцевых поверхностей упомянутого поршня имеет выпуклую форму, когда она находится в несжатом состоянии, так что при установке указанного поршня в указанный цилиндрический корпус баллончика указанная торцевая поверхность поршня приобретает в основном плоскую форму.

В предпочтительном примере выполнения изобретения как передний, так и задний поршень в баллончике имеют, по меньшей мере, одну торцевую поверхность с выпуклой формой, так что две торцевые поверхности, которые должны упираться друг в друга в баллончике, по существу плоские.

Далее изобретение более подробно поясняется с помощью нижеследующего описания и приложенных чертежей.

На фиг. 1 показан поршень по предшествующему уровню техники перед его установкой в цилиндрический корпус баллончика для инъекций.

На фиг. 2 показан тот же самый поршень после его установки в указанный цилиндрический корпус.

На фиг. 3 показан цилиндрический корпус баллончика для инъекций, в котором два поршня упираются друг в друга своими торцевыми поверхностями.

На фиг. 4 показан поршень согласно изобретению перед установкой в цилиндрический корпус баллончика для инъекций.

На фиг. 5 показан тот же самый поршень после установки в указанный цилиндрический корпус.

На фиг. 6 показан цилиндрический корпус баллончика для инъекций, в котором два поршня согласно изобретению упираются друг в друга своими торцевыми поверхностями. На фигурах чертежа аналогичные элементы имеют одни и те же номера позиций.

На фиг. 1 показан вид сбоку поршня по предшествующему уровню техники перед установкой в цилиндрический корпус баллончика для инъекций. Поршень 1 имеет переднюю торцевую поверхность 2, которая имеет плоскую форму, и заднюю торцевую поверхность 3, которая может быть плоской, выпуклой или вогнутой и может быть снабжена средствами (не показанными) для крепления поршневого штока. Для достижения лучшего уплотняющего эффекта и уменьшения трения поршень обычно выполнен с кольцевыми выступами 4, 5 и 6. Кроме того, передняя плоская поверхность поршня может быть предусмотрена с небольшими выступами 7 для предотвращения прилипания плоских поверхностей друг к другу при изготовлении поршней и манипулировании ими.

На фиг. 2 показано сечение поршня по предшествующему уровню техники, который установлен в цилиндрическом корпусе 8 баллончика для инъекций. Поскольку внутренний диаметр цилиндрического корпуса 8 меньше диаметра поршня 1, поршень будет деформироваться внутри цилиндрического корпуса таким образом, что исходная плоская передняя поверхность 2 будет деформироваться и приобретать вогнутую форму. Для наглядности вогнутость поверхности 2 на чертежах показана в увеличенном изображении.

На фиг. 3 показано сечение поршня 1 по предшествующему уровню техники, причем этот поршень установлен в качестве заднего поршня в цилиндрическом корпусе баллончика для инъекций. Поршень 1 смещен вперед с помощью поршневого штока 9, при этом жидкая фаза принудительно перетекает в переднюю камеру 10 через перепускное соединение (не показано). Когда вся жидкость выдавлена в переднюю камеру 10, задний поршень 1 будет упираться в передний поршень 1'. Этот передний поршень 1' может иметь такую же форму, как и задний поршень 1, с исходно плоской задней поверхностью 2', передней поверхностью 3' и кольцевыми выступами 4', 5' и 6'. Когда этот передний поршень 1' вставлен в цилиндрический корпус 8 баллончика для инъекций, его задняя поверхность 2' деформируется таким образом, что ее исходно плоская форма преобразуется в вогнутую форму, которая для наглядности показана на чертеже в увеличенном изображении.

Видно, что когда передняя поверхность 2 заднего поршня 1 упирается в заднюю поверхность 2' переднего поршня 1', две поверхности сначала будут только контактировать друг с другом по своим периферийным участкам. Чтобы заставить две поверхности упираться друг в друга по всей их площади, необходимо усилие большей величины. За счет упругости материала поршня создается эффект подпружинивания, аналогичный создаваемому тарельчатой пружиной. Вследствие этого смещение поршневого штока 9 вперед не будет точно передаваться переднему поршню 1', и, следовательно, дозирование жидкости в передней камере 10 будет неточным. Поскольку дозирующие смещения переднего поршня могут быть очень небольшими, порядка 1 мм или даже меньше, следствием этого является то, что неточности в указанных смещениях могут привести к значительным ошибкам дозирования. Такие ошибки могут привести к серьезным последствиям для пациента, получающего дозированную инъекцию.

На фиг. 4 показан вид сбоку поршня в соответствии с настоящим изобретением. Поршень 11 имеет переднюю поверхность 12, которая выполнена слегка выпуклой. Для наглядности изображение этой выпуклости показано на чертеже в увеличенном виде. Во всех остальных отношениях поршень 11 аналогичен поршню 1, показанному на фиг. 1, и имеет заднюю поверхность 13, которая может быть плоской, вогнутой или выпуклой, и кольцевые выступы 14, 15 и 16. Однако нет необходимости в каких-либо выступах на передней поверхности 12, поскольку выпуклые поверхности не будут легко слипаться вместе при изготовлении поршней и манипулировании ими.

На фиг. 5 показано частичное сечение поршня в соответствии с изобретением, который вставлен в цилиндрический корпус 18 баллончика для инъекций. Поскольку внутренний диаметр цилиндрического корпуса 18 меньше диаметра поршня 11, поршень после установки в цилиндрический корпус будет деформироваться, и эта деформация приведет к тому, что исходно выпуклая передняя поверхность 12 примет плоскую форму, как показано на фиг. 5.

На фиг. 6 показано частичное сечение конструкции, аналогичной изображенной на фиг. 3, но в которой используются два поршня в соответствии с настоящим изобретением. Задний поршень 1 смещен вперед в цилиндрическом корпусе 18 баллончика для инъекций, при этом весь жидкий компонент выдавливается через перепускное приспособление (не показанное) в переднюю камеру 20. Теперь передняя поверхность 12 заднего поршня 11 упирается в заднюю поверхность 12' переднего поршня 11', и видно, что поскольку указанные две поверхности плоские в соответствии с изобретением, они контактируют друг с другом по всей их площади, и не возникает никакого эффекта подпружинивания. Следовательно, перемещение поршневого штока 19 вперед будет точно преобразовываться с помощью двух поршней 11 и 11' в такое же смещение переднего поршня 11' вперед, и дозирование смешанного препарата в передней камере 20 будет точным даже при очень небольших смещениях.

В предпочтительном примере выполнения изобретения задняя поверхность поршней является заметно выпуклой или даже более или менее заостренной, так что она резко отличается от слегка выпуклой передней поверхности поршней. Вследствие явного различия между двумя поверхностями будет легко правильно ориентировать поршни с помощью механического ручного приспособления при вставке их в цилиндрический корпус баллончика для инъекций. В то же время отсутствует необходимость в каких-либо выступах на передних поверхностях поршней, как было указано ранее. Эти выступы приводят к ошибке дозирования, но они считались необходимыми для предотвращения прилипания поршней их плоскими поверхностями друг к другу. Поскольку передние поверхности более не являются плоскими при нахождении поршня вне цилиндрического корпуса, существует гораздо меньший риск прилипания поршней друг к другу, и таким образом можно обойтись без выступов.

Баллончик для инъекций как таковой имеет обычную конструкцию и содержит такие элементы, как перепускное приспособление, например, канал в стенке цилиндрического корпуса, и запорный элемент на переднем конце баллончика, который можно проткнуть полой иглой. В целях ясности изображения и поскольку эти элементы хорошо известны специалистам в данной области, они не показаны на чертежах.

Когда баллончик для инъекций должен использоваться для дозирования и ввода смешанного препарата в переднюю камеру, его обычно устанавливают в держатель (зажимное приспособление), который может включать отмеривающее и дозирующее устройство. Множество подобных устройств хорошо известны специалистам в данной области, и в них могут использоваться баллончики, содержащие поршень или поршни по настоящему изобретению, без необходимости выполнения какой-либо регулировки их функционирования. Это представляет собой дополнительное преимущество настоящего изобретения.

Поршни согласно изобретению могут изготавливаться из традиционных материалов, которые обычно используются для поршней в баллончиках для инъекций, и отсутствует необходимость в каких-либо специальных материалах. Таким образом, специалист в данной области может выбрать соответствующую упругую резину или пластик среди известных материалов, предназначенных для данных целей.

Степень выпуклости, которую необходимо придать поверхности или поверхностям поршней по изобретению, может быть определена несколькими способами, которые очевидны для специалистов в данной области. Наиболее доступный способ - это определение степени выпуклости путем эксперимента. Легко подготовить несколько поршней, имеющих разную степень выпуклости торцевых поверхностей, и затем проверить поршни путем вставки их в трубку с таким же внутренним диаметром, как внутренний диаметр цилиндрического корпуса баллончика для инъекций. После этого выбирается проверенный поршень, торцевая поверхность которого становится плоской внутри трубки.

Другой способ определения желаемой выпуклости - это определение ее с помощью вычислений. При таких вычислениях сначала исходят из того, что поршень находится на своем месте в цилиндрическом корпусе и имеет плоскую переднюю поверхность. Зная такие параметры, как размеры и форма поршня и цилиндрического корпуса, а также упругие свойства материала, используемого для изготовления поршня, можно выполнить обратные вычисления, то есть определить желаемую выпуклость поршня перед его вставкой в цилиндрический корпус. Для решения такой задачи имеются компьютерные программы, использующие так называемый метод конечных элементов (FEM-MKЭ).

Очень важно, чтобы при изготовлении внутренний диаметр цилиндрического корпуса баллончика для инъекций получался с высокой точностью. Небольшие отклонения внутреннего диаметра оказывают сильное влияние на форму передней поверхности поршня, кода он вставлен в цилиндрический корпус, и таким образом также влияют на точность дозирования.

За исключением выпуклой формы одной или обеих торцевых поверхностей форма поршней по изобретению такая же, как у обычных поршней, предназначенных для использования в баллончиках для инъекций. Это обеспечивает то преимущество, что необходимо только слегка модифицировать пресс-формы, используемые для производства поршней. Кроме того, процесс изготовления поршней, в основном, не отличается от традиционного процесса. Поскольку у выпуклых поверхностей поршней нет тенденции прилипать друг к другу в процессе изготовления и при манипулировании поршнями, что имеет место при обычных плоских поверхностях, то нет необходимости выполнять эти поверхности с небольшими выступами.

При необходимости поршни по изобретению снабжают соответствующим приспособлением для крепления поршневого штока. Это крепление может быть любого обычного типа.

В соответствии с настоящим изобретением разработаны поршни, предназначенные для использования в баллончиках для инъекций, причем эти поршни имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными поршнями, применяемыми для тех же целей. Поскольку поверхность контакта плоская, когда передний и задний поршни упираются друг в друга в баллончике для инъекций, то устраняется "эффект подпружинивания". Это приводит к повышенной точности при дозировании препарата, подлежащего вводу. Кроме того, уменьшается усилие, которое необходимо для смещения двух поршней вместе, что приводит к менее строгим требованиям к антифрикционной обработке внутренней стенки баллончика или поверхности поршня, такой как насыщение кремнием (силиконизирование).

В вышеизложенном материале изобретение было описано и раскрыто на примерах со специальной ссылкой на чертежи. Однако не вызывает никаких сомнений, что возможны другие исполнения и варианты изобретения, не выходя за пределы объема приложенных пунктов формулы изобретения. Таким образом, хотя преимущества изобретения наиболее очевидны при отмеривании доз жидкости из двухкамерного баллончика для инъекций, изобретение также обеспечивает преимущества при использовании его в простых шприцах для инъекций и однокамерных баллончиках. В целом изобретение можно применять везде, где необходимо точно отмеривать дозы жидкости посредством смещения поршня внутри цилиндрической или трубчатой камеры.

Устройство предназначено для использования в медицине для инъекций. Поршень (11), предназначенный для использования при перемещении жидкости внутри цилиндрической камеры, предпочтительно в баллончике для инъекций двухкамерного типа, выполнен так, что по меньшей мере одна из его торцевых поверхностей (12) имеет выпуклую форму в несжатом состоянии диаметра поршня, а степень выпуклости торцевой поверхности в несжатом состоянии обеспечивает по существу плоскую торцевую поверхность (12) в сжатом состоянии при меньшем диаметре поршня. Технический результат - повышение точности процесса измерения и дозирования препаратов из указанных баллончиков. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Поршень (11) из упругого материала для использования при перемещении жидкости внутри цилиндрической камеры (18), имеющий круговую часть и по меньшей мере одну торцевую поверхность (12), отличающийся тем, что торцевая поверхность (12) имеет выпуклую форму в несжатом состоянии диаметра поршня, а степень выпуклости торцевой поверхности в несжатом состоянии обеспечивает, по существу, плоскую торцевую поверхность (12) в сжатом состоянии при меньшем диаметре поршня. 2. Поршень по п. 1, отличающийся тем, что упругий материал выбран из упругой резины и упругих пластиков. 3. Поршень по п.1, отличающийся тем, что он имеет две торцевые поверхности выпуклой формы в несжатом состоянии. 4. Поршень по п.1, отличающийся тем, что он имеет вторую торцевую поверхность (13), которая выполнена плоской, выпуклой или вогнутой. 5. Поршень по п.1, отличающийся тем, что он имеет вторую торцевую поверхность (13), которая снабжена средством для крепления штока (19) поршня. 6. Поршень по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что упругим материалом является эластик. 7. Устройство для перемещения жидкости, содержащее цилиндрическую камеру (18) и по меньшей мере один поршень (11) из упругого материала, расположенный в камере (18), при этом поршень имеет круговую часть и по меньшей мере одну торцевую поверхность (12), отличающееся тем, что торцевая поверхность (12) имеет выпуклую форму в несжатом состоянии диаметра поршня, а степень выпуклости торцевой поверхности в несжатом состоянии обеспечивает, по существу, плоскую форму торцевой поверхности в сжатом состоянии при меньшем диаметре поршня внутри камеры (18). 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что камера (18) содержит выходное отверстие и что торцевая поверхность (12) поршня обращена к выходному отверстию. 9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что второй поршень (11'), имеющий по меньшей мере одну торцевую поверхность выпуклой формы в несжатом состоянии, расположен внутри камеры (18) в сжатом состоянии, при этом торцевые поверхности (12, 12') поршней обращены друг к другу и, по существу, плоские. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что камера (18) содержит выходное отверстие, а по меньшей мере тот поршень, который наиболее близок к выходному отверстию, имеет вторую торцевую поверхность выпуклой формы в несжатом состоянии, которая обращена к выходному отверстию. 11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что камера содержит обходное устройство для перемещения жидкости за один из поршней. 12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что упругий материал выбран из упругих резин и упругих пластиков. 13. Устройство по любому из пп.7 - 12, отличающееся тем, что упругий материал представляет собой эластик.