基于昆虫刺吸式口器的仿生耦合无痛注射针头的研究

发布时间：2019-12-03 01:44

【摘要】： 本文根据对昆虫刺吸式口器结构的研究,将仿生耦合理论与技术引入到无痛注射器针头的设计当中。根据蚊子等昆虫刺吸式口器的结构形态,对普通注射器针头进行了仿生表面形态和结构设计与加工,分别制成具有凹坑形、波浪形、锯齿形非光滑表面的仿生无痛针头。利用设计与正交试验和数值模拟相结合的方法研究了这几种无痛针头的减阻、减痛效果。 对仿生注射器针头的减阻效果进行了正交试验,以摩擦阻力及减阻率为试验指标,探寻仿生非光滑表面各因素中对阻力的影响的主次因素,优化出最优组合。结合试验揭示仿生耦合的减阻机理。 对仿生注射器针头的减痛效果进行生物试验研究,选用血压变化为痛感的生理生化测示指标,以普通注射器针头和仿生注射器针头为试验对象,通过对大鼠进行刺痛试验及用不同力度夹尾,分别观察其疼痛、血压的变化以及血压变化持续时间,同时观察不同的疼痛程度对血压及血压变化持续时间的影响。 最后,对普通注射器针头和仿生注射器针头的注射过程进行了数值模拟,得出了三种针头在注射过程中相应软组织的最大应力、动能和内能的变化情况,同时揭示了仿生注射器针头所具有的减阻、减痛机理与规律。
【图文】：

采用生产集成电路的活性离子蚀刻微加工技术，用固体硅做原材料，在面0mm×10mm 的方形薄片上制造 400 个微型针头，针头的长度为 150 m，刺入后，留下的针孔直径仅 1 m[8]。微型针头适用于小剂量注射高效药物，特别些利用生物技术制造的基于蛋白质的大分子药物，它的优点是可在计算机的下根据患者的情况随时调整药物用量。但这种注射器只可注射少量的胰岛素物和疫苗，不能用于大量注射。微型针头极容易在皮肤中折断，折断后从皮很难取出碎片[9]。微型针头对皮肤破坏较小，注射后皮肤自行修复较快，能够起到保护患者用，该种微型针头还被使用在一些微观手术中[10]，下针的速度极快。而且新所用的针头，也比传统的更平滑、硬直和尖细。这种具有特殊结构的针头注之所以“无痛”，是因其能以极快的速度穿透皮肤，这样皮下组织和血管就不到损伤，甚至进出皮肤后也全无痕迹。

加工简单，制造成本低，患者容易接受。又由于注射器采用无去屑加工，注射器的壁厚几乎不变，因而针体本身的强度不会因为加工而受到影响，并且，仿生注射器的表面非光滑形态呈环带形，这样，，还会提高注射器针头的抗冲击强度。同时，由于采用的是挤压加工方法，仿生注射器在形成外表面非光滑形态的同时，其内表面也会形成相应的非光滑结构形态，这样，不但使其外表面与肌肉的接触面积减小，使注射阻力减小，从而达到注射无痛的效果，而注射器针头内表面与药液接触面积减小，从而使药液流速加快。由于是传统的医疗器具，因此不用担心会给人身造成危害。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：R314

【引证文献】

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3 弯艳玲;丛茜;齐迎春;齐欣;;凹槽形仿生针头减阻试验及机理分析[J];中国机械工程;2013年07期

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本文编号：2568999