CN110913931A - 带有缩回功能的化学驱动的自动注射器 - Google Patents

Abstract

公开了使用产生气体的化学反应进行治疗流体的胃肠外递送的自动注射装置（即，自动注射器）和方法。所产生的气体可将自动注射器置于以下构型：穿刺构型，用以用针刺穿患者的皮肤；注射构型，用以将治疗流体递送穿过针并送入穿刺部位中；和/或缩回构型，用以将针从穿刺部位撤回。

Description

带有缩回功能的化学驱动的自动注射器

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月27日提交的美国临时专利申请序列号62/537,587的优先权，其公开内容特此明确地通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于治疗流体的胃肠外递送的装置和方法。更具体地，本公开涉及使用产生气体的化学反应进行治疗流体的胃肠外递送的自动注射装置（即，自动注射器）和方法。

背景技术

蛋白质治疗剂（therapeutics）是一种提供对范围广泛的疾病（诸如，自身免疫性疾病、心血管疾病、糖尿病和癌症）的治疗的新兴类别的药物疗法。用于一些蛋白质治疗剂（诸如，单克隆抗体）的常用递送方法是通过静脉输注，其中随时间推移递送大容积的稀释溶液。静脉输注通常需要医生或护士的监督并在临床环境中执行。对于患者而言这可能是不方便的，并且因此正在努力准许在家中递送蛋白质治疗剂。理想地，能够使用注射器进行皮下递送来给送蛋白质治疗制剂，而不需要静脉给送。通常由非专业人员给送皮下注射，例如在由糖尿病患者进行的胰岛素的给送中。

治疗性蛋白质制剂从静脉递送到注射装置（如注射器和注射笔）的转变需要解决与以容易、可靠并对患者引起最低限度的疼痛的方式递送高浓度的高分子量分子相关联的挑战。在这方面，虽然静脉输液袋通常具有1升的容积，但注射器的标准容积的范围为从0.3毫升一直到25毫升。因而，取决于药物，为了递送相同量的治疗性蛋白质，浓度可能必须增大40倍或更多。而且，出于患者舒适性和依从性的目的，注射疗法正在朝向更小的针直径和更快的递送时间的方向发展。

蛋白质治疗剂的递送也是具有挑战性的，原因在于与这种治疗制剂相关联的高粘度以及推动这种制剂穿过胃肠外装置所需的高的力。出于多种原因，常规弹簧驱动的自动注射器可能难以递送具有高于40-60厘泊（cP）的绝对粘度的制剂。在结构上，弹簧的占用空间对于所递送的压力的量而言是相对大的，并且被固定为特定形状，这降低了用于递送装置的设计的灵活性。接下来，自动注射器通常由塑料零件制成。然而，弹簧中必须存储大量能量以可靠地递送高粘度流体。如果设计不当，则这种存储的能量可由于蠕变而引起对塑料零件的损坏，这是塑料零件在应力下永久变形的趋势。自动注射器通常通过使用弹簧来操作，以朝向注射器的壳体的外边缘推动包含针的内部部件。与基于弹簧的自动注射器的操作相关联的声音可引起患者焦虑，从而潜在地降低未来依从性。这种弹簧驱动的自动注射器的所产生的压力相对时间曲线不能够被容易地修改，这阻碍了用户微调压力以满足他们的递送需求。

将期望提供过程和装置，通过所述过程和装置，能够在合理的时间内并且以有限的注射空间自我给送治疗流体，特别是高粘度流体。这些过程和装置能够被用于递送高浓度蛋白质、高粘度制药制剂或其他治疗流体。

发明内容

本公开提供了使用产生气体的化学反应进行操作的自动注射器和方法。所产生的气体可将自动注射器置于以下构型：穿刺构型，用以用针刺穿患者的皮肤；注射构型，用以将治疗流体递送穿过针并送入穿刺部位中；和/或缩回构型，用以将针从穿刺部位撤回。

根据本公开的实施例，公开了一种用于通过化学反应递送治疗流体的装置。该装置包括：筒体；致动器组件，其联接到筒体并且包括第一试剂和第二试剂；联接到筒体的注射器，该注射器容纳治疗流体并且包括针；以及柱塞，其安置在注射器中。该装置具有：致动构型，其中第一试剂和第二试剂反应并产生气体；注射构型，其中气体沿第一方向移动柱塞以从注射器递送治疗流体；以及缩回构型，其中气体沿与第一方向相反的第二方向移动注射器的针。

在装置的一个方面中，该装置具有穿刺构型，其中气体沿第一方向移动注射器的针。

在装置的另一个方面中，该装置还包括围绕注射器安置的护罩，其中，注射器的针在穿刺构型中从护罩延伸并且在缩回构型中被护罩掩盖。

在装置的另外的方面中，该装置具有加载构型，其中第一试剂和第二试剂彼此分离。

在装置的又一方面中，该装置包括第一活塞头和第二活塞头，气体在注射构型中作用在第一活塞头上并且在缩回构型中作用在第二活塞头上。

在装置的另外的方面中，第二活塞头具有比第一活塞头更大的表面积。

在装置的又一方面中，第二活塞头被构造成相对于第一活塞头轴向地移动。

在装置的另外的方面中，第二活塞头相对于第一活塞头固定。

在装置的又一方面中，第一活塞头安置在筒体内部，并且第二活塞头从筒体向外延伸。

根据本公开的另一个实施例，公开了一种用于通过化学反应递送治疗流体的装置。该装置包括：筒体；致动器组件，其联接到筒体并且包括第一试剂和第二试剂；联接到筒体的注射器，该注射器容纳治疗流体并且包括针；柱塞，其安置在注射器中；以及空气室，其与柱塞流体连通。该装置具有：致动构型，其中第一试剂和第二试剂反应并在空气室中产生气体；注射构型，其中空气室中的气体沿第一方向移动柱塞以从注射器递送治疗流体；以及缩回构型，其中气体从空气室释放穿过空气通道，以允许注射器的针沿与第一方向相反的第二方向移动。

在装置的一个方面中，第一活塞头安置在筒体内部，并且第二活塞头从筒体向外延伸。

在装置的另一个方面中，该装置还包括：活塞，其联接到注射器；以及第二空气室，其与空气通道和活塞流体连通，其中，在缩回构型中，气体行进穿过空气通道并进入第二空气室中以沿第二方向驱动活塞。

在装置的另外的方面中，空气通道与周围大气连通。

在装置的又一方面中，该装置还包括弹簧，所述弹簧在注射构型中被压缩并且在缩回构型中被释放。

根据本公开的又一实施例，公开了一种用于通过化学反应从装置递送治疗流体的方法，该装置包括：筒体，其具有第一室；致动器组件，其联接到筒体并且包括通过屏障分离的第一试剂和第二试剂；联接到筒体的注射器，该注射器容纳治疗流体并且包括针；柱塞，其安置在注射器中；以及护罩，其联接到筒体并且包围注射器。该方法包括：致动该致动器组件；至少部分地移除第一试剂和第二试剂之间的屏障；从第一试剂和第二试剂的反应产生气体；用所产生的气体对筒体的第一室加压；经由由所产生的气体形成的力使注射器、柱塞和针沿第一方向移位；经由由所产生的气体形成的力使柱塞在注射器内移位；从针递送治疗流体；从筒体内的第一室释放所产生的气体；以及在从第一室释放所产生的气体之后，使针和注射器沿第二方向移位。

在方法的一个方面中，在经由由所产生的气体形成的力使注射器、柱塞和针沿第一方向移位之前，注射器的针被定位在护罩内。

在方法的另一个方面中，该方法还包括：当注射器、柱塞和针沿第一方向移位时，将注射器的针暴露在护罩之外。

在方法的另外的方面中，第二方向与第一方向相反。

在方法的又一方面中，该装置还包括空气通道，从第一室释放所产生的气体的步骤包括：在柱塞于注射器内移位之后，所产生的气体进入空气通道。

在方法的另外的方面中，在所产生的气体进入空气通道之后，发生注射器和针沿第二方向的移位。

附图说明

通过参考结合附图对本发明的实施例的以下描述，本公开的上述和其他特征及优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见并且将被更好地理解，其中：

图1是本公开的第一示例性递送装置的透视图；

图2是图1的第一递送装置的横截面视图，该第一递送装置被示为处于加载构型；

图3是图1的第一递送装置的另一个横截面视图，该第一递送装置被示为处于致动构型；

图4是图1的第一递送装置的另一个横截面视图，该第一递送装置被示为处于穿刺构型；

图5是图1的第一递送装置的另一个横截面视图，该第一递送装置被示为处于注射构型；

图6是图1的第一递送装置的另一个横截面视图，该第一递送装置被示为处于缩回构型；

图7是本公开的第二示例性递送装置的横截面视图，该第二示例性递送装置被示为处于加载构型；

图8是图7的第二递送装置的另一个横截面视图，该第二递送装置被示为处于致动构型；

图9是图7的第二递送装置的另一个横截面视图，该第二递送装置被示为处于穿刺构型；

图10是图7的第二递送装置的另一个横截面视图，该第二递送装置被示为处于注射构型；

图11是图7的第二递送装置的另一个横截面视图，该第二递送装置被示为处于缩回构型；

图12是本公开的第三示例性递送装置的透视剖视图；

图13是图12的第三递送装置的横截面视图，该第三递送装置被示为处于加载构型；

图14是图12的第三递送装置的另一个横截面视图，该第三递送装置被示为处于致动构型；

图15是图12的第三递送装置的另一个横截面视图，该第三递送装置被示为处于穿刺构型；

图16是图12的第三递送装置的另一个横截面视图，该第三递送装置被示为处于注射构型；

图17是图16的第三递送装置的部段A的详细视图；

图18是图12的第三递送装置的另一个横截面视图，该第三递送装置被示为处于缩回构型；

图19是本公开的第四示例性递送装置的透视剖视图；

图20是图19的第四递送装置的横截面视图，该第四递送装置被示为处于加载构型；

图21是图19的第四递送装置的另一个横截面视图，该第四递送装置被示为处于致动构型；

图22是图19的第四递送装置的另一个横截面视图，该第四递送装置被示为处于穿刺构型；

图23是图19的第四递送装置的另一个横截面视图，该第四递送装置被示为处于注射构型；

图24是图23的第四递送装置的部段B的详细视图；

图25是图19的第四递送装置的另一个横截面视图，该第四递送装置被示为在完整的向远侧行程的终点处处于注射构型；

图26是图25的第四递送装置的部段C的详细视图；以及

图27是图19的第四递送装置的另一个横截面视图，该第四递送装置被示为处于缩回构型。

贯穿若干视图，对应的参考字符指示对应的零件。本文中所阐述的范例图示了本发明的示例性实施例，并且此类范例将不以任何方式被解释为限制本发明的范围。

具体实施方式

本公开提供了使用产生气体的化学反应进行操作的自动注射器和方法。所产生的气体可将自动注射器置于以下构型：穿刺构型，用以用针刺穿患者的皮肤；注射构型，用以将治疗流体递送穿过针并送入穿刺部位中；和/或缩回构型，用以将针从穿刺部位撤回。除非另外具体注明或清楚暗示，否则术语“约”指代正或负的10％的值的范围，例如，约100指代90至110的范围。

1. 治疗流体

待从本公开的装置分配的治疗流体可采取各种形式，诸如溶液、分散液、悬浮液、乳浊液或另一种合适的流体形式。

治疗流体可包含在治疗上有用的药剂。治疗剂可包括胰岛素、胰岛素类似物（诸如，赖脯胰岛素或甘精胰岛素）、胰岛素衍生物、GLP-1受体激动剂（诸如，杜拉鲁肽或利拉鲁肽）、胰高血糖素、胰高血糖素类似物、胰高血糖素衍生物、胃抑制性多肽（GIP）、GIP类似物、GIP衍生物、胃泌酸调节素类似物、胃泌酸调节素衍生物、治疗性抗体和能够由本公开的装置运输或递送的任何治疗剂。如装置中所使用的治疗剂可与一种或多种赋形剂一起配制。

在某些实施例中，所述药剂是蛋白质，诸如单克隆抗体或在治疗上有用的一些其他蛋白质。在一些实施例中，蛋白质在治疗流体中可具有从约75 mg/mL到约500 mg/mL的浓度。在某些实施例中，蛋白质可具有约150 mg/mL、200 mg/mL、250 mg/mL或更高的浓度。治疗流体还可包含溶剂或非溶剂，诸如水、全氟烷烃溶剂、红花油或苯甲酸苄酯。

治疗流体可被认为是高粘度流体，并且可具有从约5 cP到约1000 cP的绝对粘度。在某些实施例中，高粘度流体具有至少约10 cP、20 cP、30 cP、40 cP、50 cP、60 cP或更高的绝对粘度。

2. 产生气体的化学反应

可使用任何合适的一种或多种化学试剂以在本公开的装置中产生气体。所产生的气体的示例包括二氧化碳气体、氮气、氧气、氯气等。期望地，所产生的气体是惰性的和不可燃的。操作装置所需的气体的量可影响装置中所使用的每种试剂的类型、量和浓度。试剂可呈干燥形式（例如，粉末形式、片剂形式）和/或呈液体形式。

在一个示例性实施例中，碳酸氢盐（其可以以干燥形式存在）与酸（其可以以液体形式存在）反应，以在装置中产生二氧化碳气体。合适的碳酸氢盐的示例包括碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铵。其他成分也可与碳酸氢盐共同存在，诸如硅藻土。合适的酸的示例包括乙酸、柠檬酸、酒石酸钾、焦磷酸二钠和磷酸二氢钙。在一个具体示例中，碳酸氢盐是碳酸氢钾并且酸是含水（aqueous）柠檬酸，它们可反应以产生二氧化碳气体以及水与溶解的柠檬酸钾的液体混合物。

可使用其他反应来驱动本公开的装置。在一个示例中，金属碳酸盐（诸如，碳酸铜或碳酸钙）被热分解，以在装置中产生二氧化碳气体和对应的金属氧化物。在另一个示例中，加热2,2′-偶氮二异丁腈（AIBN）以在装置中产生氮气。在又一示例中，酶（例如，酵母）与糖反应，以在装置中产生二氧化碳气体。一些物质容易升华，从而从固体变成气体。此类物质包括但不限于萘和碘。在再又一示例中，用诸如酶（例如，过氧化氢酶）或二氧化锰的催化剂使过氧化氢分解，以在装置中产生氧气。在再又一示例中，氯化银通过暴露于光而分解以在装置中产生气体。

在以下参考文献中进一步描述了用于操作本公开的装置的合适的试剂、化学制剂和反应，这些参考文献的公开内容通过引用以其整体明确地并入本文：2013年10月15日提交的标题为“Process and Device for Delivery of Fluid by Chemical Reaction”的美国专利No. 9,321,581；2013年10月15日提交的标题为“Chemical Engines and Methodsfor Their Use, Especially in the Injection of Highly Viscous Fluids”的美国专利No. 9,795,740（美国申请No. 14/434,586）；以及2018年2月9日提交的标题为“Processes and Devices for Delivery of Fluid by Chemical Reaction”的国际专利申请No. PCT/US2018/017547。

3. 第一实施例

图1和图2示出了本公开的第一示例性递送装置100。说明性装置100是沿着纵向轴线L从第一、远端102（说明性地，下端）延伸到第二、近端104（说明性地，上端）的细长结构。有利地，装置100可具有紧凑的构造和相对短的长度。装置100的远端102包括注射器110、柱塞120和护罩130。装置100的近端104包括筒体140、致动器组件150、第一活塞160、第二活塞170和气道180。下文继续参考图1和图2来进一步描述装置100的每个部件。

如上文所讨论的，说明性注射器110容纳治疗流体112。在远端102处，注射器110包括被构造成刺穿患者的皮肤的针114。在其另一端处，注射器110包括被构造成与护罩130相互作用的边沿116。在使用中，注射器110被构造成用于与第一活塞160一起相对于护罩130和筒体140纵向地移动。

说明性柱塞120安置在注射器110内并联接到第一活塞160的远端。在使用中，柱塞120被构造成用于与第一活塞160一起纵向地移动。

说明性护罩130围绕注射器110安置并联接（例如，螺纹连接、焊接）到筒体140。护罩130与筒体140一体地形成也在本公开的范围内。护罩130包括内部肩部132，该内部肩部132被构造成接触注射器110的边沿116以限制注射器110的向远侧的移动。

说明性筒体140的形状是大致圆筒形，不过该形状可不同。筒体140包括具有相对小的内直径的上室142和具有相对大的内直径的下室144。

说明性致动器组件150包括具有锋利的远侧尖端152的按钮151。说明性致动器组件150还包括具有内部屏障154（例如，膜）的壳体153。在图2的图示的实施例中，致动器组件150的壳体153与筒体140一体地形成，但是致动器组件150的壳体153和筒体140为分离的部件也在本公开的范围内。在图2中所示的构型中，内部屏障154将壳体153划分成容纳第一试剂156（例如，含水柠檬酸）的第一致动室155和容纳第二试剂158（例如，碳酸氢钾）的第二反应室157。

说明性第一活塞160包括安置在筒体140的上室142中的头部162和安置在注射器110中的轴164。如上文所指示的，第一活塞160的纵向移动可被传递到柱塞120。

说明性第二活塞170包括安置在筒体140的下室144中的头部172。如图2中所示，第二活塞170包围第一活塞160的轴164，其中轴164处于第一活塞160的头部162下方。在使用中，第二活塞170被构造成跨越第一活塞160的轴164轴向地滑动。第二活塞170的头部172的表面积可超过第一活塞160的头部162的表面积。

说明性气道180将筒体140的上室142与筒体140的下室144连接。尽管说明性气道180是在筒体140外侧延伸的外管，但在本公开的范围内的是，气道180可被并入筒体140中。在使用中，当气道180打开时，气道180被构造成将气体从筒体140的上室142引导到筒体140的下室144内。

接下来参考图2至图6，示出并描述了用于操作装置100的示例性方法。

在图2中，装置100被示为处于加载构型。装置100被锁定于该加载构型直到装置100准备好使用处于本公开的范围内。在装置100的远端102处，注射器110和针114撤回到护罩130中并被其遮蔽。在装置100的近端104处，致动器组件150的内部屏障154将第一致动室155中的第一试剂156（例如，含水柠檬酸）与第二反应室157中的第二试剂158（例如，碳酸氢钾）分离。

在图3中，装置100被示为处于致动构型。致动器组件150的按钮151已被按下以用尖端152刺透内部屏障154。结果，第一反应室155和第二反应室157之间的内部屏障154至少部分地被移除，使得第一致动室155中的第一试剂156（例如，含水柠檬酸）暴露于第二反应室157中的第二试剂158（例如，碳酸氢钾）。

关于致动器组件150和其他合适的致动器组件的额外细节在上文并入的美国专利No. 9,321,581；美国专利No. 9,795,740；以及国际申请No. PCT/US2018/017547中描述。例如，在上文并入的PCT/US2018/017547中所公开的一个替代实施例中，致动器组件包括活塞（未示出）和弹簧（未示出）。在加载构型中，活塞压缩弹簧并在第一室155和第二室157之间形成密封的界面。在致动构型中，弹簧释放并移动活塞，以破坏第一室155和第二室157之间的密封的界面。

在图4中，装置100被示为处于穿刺构型。在装置100的近端104处，第一试剂156和第二试剂158反应并产生气体。气体对筒体140的上室142加压并向第一活塞160的头部162施加力，这引起第一活塞160向远侧移动穿过筒体140。由于注射器110和柱塞120之间的摩擦力，第一活塞160的初始向远侧移动引起注射器110的向远侧移动，直到注射器110的边沿116邻接护罩130的内部肩部132。在装置100的远端102处，针114从护罩130突出以刺穿患者的皮肤。

在图5中，装置100被示为处于注射构型。在装置100的近端104处，第一试剂156和第二试剂158继续反应并产生气体。在注射器110的边沿116邻接护罩130的内部肩部132的情况下，第一活塞160的继续向远侧移动克服柱塞120和注射器110之间的摩擦力，并且引起柱塞120向远侧移动穿过注射器110以将治疗流体112从注射器110递送穿过针114并送入穿刺部位中。当第一活塞160到达其向远侧行程的终点时，如图5中所示，第一活塞160的头部162移动经过并暴露气道180。

在图6中，装置100被示为处于缩回构型。为了达到该构型，来自筒体140的上室142的气体从上室142释放，并且行进穿过暴露的气道180并进入筒体140的下室144中。最终，由于第二活塞170的头部172的表面积超过第一活塞160的头部162的表面积，因此即使当下室144中的压力等于或小于上室142中的压力时，第二活塞170上的近侧力也可克服第一活塞160上的远侧力。当在一定的延迟时间之后近侧力最终超过远侧力时，第二活塞170向近侧穿过筒体140的下室144朝向第一活塞160移动。例如，通过调节第一活塞160的尺寸和形状、第二活塞170的尺寸和形状以及气道180的尺寸，可控制第二活塞170的向近侧移动，包括在移动之前的延迟时间。当第二活塞170到达第一活塞160的头部162时，第二活塞170的继续向近侧移动引起第一活塞160的向近侧移动。由于注射器110和柱塞120之间的摩擦力，第一活塞160的向近侧移动引起注射器110的向近侧移动。在装置100的远端102处，针114从穿刺部位撤回并缩回到护罩130中。针114在图6的缩回构型中可具有与图2的加载构型相同的位置。第一活塞160和/或第二活塞170可在向近侧行程的终点处被捕获（诸如，使用膨胀C形环），以维持针114处于缩回构型。

4. 第二实施例

图7至图11示出了本公开的第二示例性递送装置200。除了第一活塞260和第二活塞270联接或固定在一起或者一体化以形成包括第一活塞260和第二活塞270两者的双活塞主体265之外，说明性装置200类似于上文所描述的递送装置100。活塞主体265定位在装置200的近端204内。为了一体地形成活塞260、270，相比于装置100，装置200沿着纵向轴线L稍微伸长。类似于装置100，装置200的远端202包括注射器210、柱塞220和护罩230，并且装置200的近端204包括筒体240、致动器组件250和气道280。下文继续参考图7至图11来进一步描述装置200的每个部件。

如上文所讨论的，说明性注射器210容纳治疗流体212。在远端202处，注射器210包括被构造成刺穿患者的皮肤的针214。在其另一端处，注射器210包括被构造成与护罩230相互作用的边沿216。在使用中，注射器210被构造成用于与活塞主体265一起相对于护罩230和筒体240纵向移动。

说明性柱塞220安置在注射器210内并联接到活塞主体265的远端。在使用中，柱塞220被构造成用于与活塞主体265一起纵向移动。

说明性护罩230围绕注射器210安置并联接（例如，螺纹连接、焊接）到筒体240。护罩230与筒体240一体地形成也在本公开的范围内。护罩230包括内部肩部232，该内部肩部232被构造成接触注射器210的边沿216以限制注射器210的向远侧移动。

说明性筒体240的形状是大致圆筒形，不过该形状可不同。筒体240包括具有相对小的内直径的上室242和具有相对大的内直径的下室244。

说明性致动器组件250包括具有锋利的远侧尖端252的按钮251。说明性致动器组件250也包括具有内部屏障254（例如，膜）的壳体253。在图7的所图示的实施例中，致动器组件250的壳体253与筒体240一体地形成，但是致动器组件250的壳体253和筒体240为分离的部件也在本公开的范围内。在图7中所示的构型中，内部屏障254将壳体253分成容纳第一试剂256（例如，含水柠檬酸）的第一致动室255和容纳第二试剂258（例如，碳酸氢钾）的第二反应室257。

说明性活塞主体265包括：第一活塞260，其具有安置在筒体240的上室242中的头部262；第二活塞270，其具有安置在筒体240的下室244中的头部272；以及轴264，其联接第一活塞260和第二活塞270。轴264的上端联接在第一活塞260的头部262下方，并且轴246的下端延伸经过第二活塞270并进入注射器210中。在使用中，第二活塞270和第一活塞260被构造成同时纵向滑动。第二活塞270的头部272的表面积可超过第一活塞260的头部262的表面积。如上文所指示的，活塞主体265的纵向移动可被传递到柱塞220。

说明性气道280将筒体240的上室242与筒体240的下室244连接。尽管说明性气道280是在筒体240外侧延伸的外管，但也在本公开的范围内的是，气道280可被并入筒体240中。在使用中，当气道280打开时，气道280被构造成将气体从筒体240的上室242引导到筒体240的下室244中。由于装置200的延长的长度，气道280的长度也可延长以恰当地联接上室242和下室244。

接下来参考图7至图11，示出并描述了用于操作装置200的示例性方法。

在图7中，装置200被示为处于加载构型。装置200被锁定于该加载构型直到装置200准备好使用处于本公开的范围内。在装置200的远端202处，注射器210和针214撤回到护罩230中并被其遮蔽。在装置200的近端204处，致动器组件250的内部屏障254将第一致动室255中的第一试剂256（例如，含水柠檬酸）与第二反应室257中的第二试剂258（例如，碳酸氢钾）分离。

在图8中，装置200被示为处于致动构型。致动器组件250的按钮251已被按下以用尖端252刺透内部屏障254。结果，第一反应室255和第二反应室257之间的内部屏障254至少部分地被移除，使得第一致动室255中的第一试剂256（例如，含水柠檬酸）暴露于第二反应室257中的第二试剂258（例如，碳酸氢钾）。

如上文所讨论的，关于致动器组件250和其他合适的致动器组件的额外细节在上文并入的美国专利No. 9,321,581；美国专利No. 9,795,740；以及国际申请No. PCT/US2018/017547中描述。

在图9中，装置200被示为处于穿刺构型。在装置200的近端204处，第一试剂256和第二试剂258反应并产生气体。气体对筒体240的上室242加压并向活塞主体265的第一活塞260的头部262施加力，这引起活塞主体265向远侧移动穿过筒体240，且因此引起第一活塞260和第二活塞270分别向远侧移动穿过筒体240和下室244。由于注射器210和柱塞220之间的摩擦力，活塞主体265的初始向远侧移动引起注射器210的向远侧移动，直到注射器210的边沿216邻接护罩230的内部肩部232。在装置200的远端202处，针214从护罩230突出以刺穿患者的皮肤。

在图10中，装置200被示为处于注射构型。在装置200的近端204处，第一试剂256和第二试剂258继续反应并产生气体。在注射器210的边沿216邻接护罩230的内部肩部232的情况下，活塞主体265的继续向远侧移动克服柱塞220和注射器210之间的摩擦力，并且引起柱塞220向远侧移动穿过注射器210以将治疗流体212从注射器210递送穿过针214并送入穿刺部位。当活塞主体265到达其向远侧行程的终点时，如图10中所示，第一活塞260的头部262移动经过并暴露气道280。

在图11中，装置200被示为处于缩回构型。为了达到该构型，来自筒体240的上室242的气体从上室242释放，并且行进穿过暴露的气道280并进入筒体240的下室244中。最终，因为第二活塞270的头部272的表面积超过第一活塞260的头部262的表面积，因此即使当下室244中的压力等于或小于上室242中的压力时，第二活塞270上的近侧力也可克服第一活塞260上的远侧力。当在一定的延迟时间之后近侧力最终超过远侧力时，活塞主体265向近侧移动穿过筒体240。例如，通过调节第一活塞260的尺寸和形状、第二活塞270的尺寸和形状以及气道280的尺寸，可控制活塞主体265的向近侧移动，包括移动之前的延迟时间。由于注射器210和柱塞220之间的摩擦力，活塞主体265的向近侧移动引起注射器210的向近侧移动。在装置200的远端202处，针214从穿刺部位撤回并缩回到护罩230中。针214在图11的缩回构型中可具有与图7的加载构型相同的位置。第一活塞260和/或第二活塞270可在向近侧行程的终点处被捕获，以维持针214处于缩回构型。

5. 第三实施例

图12至图18示出了本公开的第二示例性递送装置300。除了装置300已被构造成使得气道380在装置300内被内部地定位在装置300的外壳体335与筒体340之间以作用在筒体340上之外，说明性装置300大体类似于上文所描述的递送装置100和200。装置300的远端302包括注射器310、柱塞320和护罩330，并且装置300的近端304包括筒体340、致动器组件350、活塞360和气道380。下文继续参考图12至图18来进一步描述装置300的每个部件。

如上文所讨论的，说明性注射器310容纳治疗流体312。在远端302处，注射器310包括被构造成刺穿患者的皮肤的针314。在其另一端处，注射器310包括被构造成与护罩330相互作用的边沿316。在使用中，注射器310被构造成用于与活塞360一起相对于护罩330和筒体340纵向移动。

说明性柱塞320安置在注射器310内并联接到活塞360的远端。在使用中，柱塞320被构造成用于与活塞360一起纵向移动。

说明性护罩330围绕注射器310安置并与外壳体335一体地形成。护罩330联接（例如，螺纹连接、焊接）到外壳体335也在本公开的范围内。护罩330包括内部肩部332，该内部肩部332被构造成接触注射器310的边沿316以限制注射器310的向远侧移动。

说明性筒体340具有上活塞头341（图16）并且大体为T形，不过该形状可不同。筒体340被构造成用于相对于外壳体335纵向移动。筒体340也包括具有相对小的内直径的内室342。

说明性致动器组件350包括具有锋利的远侧尖端352的按钮351。说明性致动器组件350也包括具有内部屏障354（例如，膜）的壳体353。在图13的所图示的实施例中，致动器组件350的壳体353与筒体340一体地形成，但是致动器组件350的壳体353和筒体340为分离的部件也在本公开的范围内。在图13中所示的构型中，内部屏障354将壳体353分成容纳第一试剂356（例如，含水柠檬酸）的第一致动室355和容纳第二试剂358（例如，碳酸氢钾）的第二反应室357。

说明性活塞360具有：头部362，其安置在筒体340的内室342中；以及轴365，其从头部362向下延伸并进入注射器310中。如上文所指示的，活塞360的纵向移动可被传递到柱塞320。

说明性气道380将筒体340的内室342与筒体340的由外壳体335限定的外室346连接。尽管说明性气道380是在外壳体335内延伸的内部通道，但在本公开的范围内的是，气道380可在外壳体335的外部。在使用中，当气道380打开时，气道380被构造成从筒体340的内室342释放气体并将气体引导到筒体340的由外壳体335限定的外室346中。

接下来参考图13至图18，示出并描述了用于操作装置300的示例性方法。

在图13中，装置300被示为处于加载构型。装置300被锁定于该加载构型直到装置300准备好使用在本公开的范围内。在装置300的远端302处，注射器310和针314撤回到护罩330中并被其遮蔽。在装置300的近端304处，致动器组件350的内部屏障354将第一致动室355中的第一试剂356（例如，含水柠檬酸）与第二反应室357中的第二试剂358（例如，碳酸氢钾）分离。

在图14中，装置300被示为处于致动构型。致动器组件350的按钮351已被按下以用尖端352刺透内部屏障354。结果，第一反应室355和第二反应室357之间的内部屏障354至少部分地被移除，使得第一致动室355中的第一试剂356（例如，含水柠檬酸）暴露于第二反应室357中的第二试剂358（例如，碳酸氢钾）。

如上文所讨论的，关于致动器组件350和其他合适的致动器组件的额外细节在上文并入的美国专利No. 9,321,581；美国专利No. 9,795,740；以及国际申请No. PCT/US2018/017547中描述。

在图15中，装置300被示为处于穿刺构型。在装置300的近端304处，第一试剂356和第二试剂358反应并产生气体。气体对筒体340的内室342加压并向活塞360的头部362施加力，这引起活塞360向远侧移动穿过筒体340。由于注射器310和柱塞320之间的摩擦力，活塞360的初始向远侧移动引起注射器310的向远侧移动，直到注射器310的边沿316邻接护罩330的内部肩部332。在装置300的远端302处，针314从护罩330突出以刺穿患者的皮肤。

在图16中，装置300被示为处于注射构型。在装置300的近端304处，第一试剂356和第二试剂358继续反应并产生气体。在注射器310的边沿316邻接护罩330的内部肩部332的情况下，活塞360的继续向远侧移动克服柱塞320和注射器310之间的摩擦力，并且引起柱塞320向远侧移动穿过注射器310以将治疗流体312从注射器310递送穿过针314并送入穿刺部位中。当活塞360到达其向远侧行程的终点时，如图16中所示，第一活塞360的头部362移动经过并暴露气道380，如图17中详细示出。

在图18中，装置300被示为处于缩回构型。为了达到该构型，来自筒体340的内室342的气体从内室342释放，并且行进穿过暴露的气道380并进入筒体340的由外壳体335限定的外室346中。最终，筒体340的头部341上的近侧力足以引起筒体340和注射器310的向近侧移动。当在一定的延迟时间之后近侧力最终超过远侧力时，筒体340向近侧移动穿过外壳体335。以这种方式，筒体340充当外壳体335内部的第二活塞。例如，通过调节筒体340的尺寸和形状、第一活塞360的尺寸和形状以及气道380的尺寸，可控制筒体340的向近侧移动，包括移动之前的延迟时间。例如，像装置100和200一样，筒体340的头部341的表面积可超过活塞360的头部362的表面积，以促进筒体340的缩回。由于注射器310和柱塞320之间的摩擦力，筒体340的向近侧移动引起注射器310的向近侧移动。在装置300的远端302处，针314从穿刺部位撤回并缩回到护罩330中。针314在图18的缩回构型中可具有与图13的加载构型相同的位置。主体335可在向近侧行程的终点处被捕获，以维持针314处于缩回构型。

6. 第四实施例

图19至图27示出了本公开的第四示例性递送装置400。说明性装置400是沿着纵向轴线L从第一、远端402（说明性地，下端）延伸到第二、近端404（说明性地，上端）的细长结构。有利地，装置400可具有紧凑的构造和相对短的长度。装置400包括注射器410、柱塞420、护罩430、筒体440、致动器组件450、第一活塞460、气道480和弹簧490。下文继续参考图19至图27来进一步描述装置400的每个部件。

如上文所讨论的，说明性注射器410容纳治疗流体412。在远端402处，注射器410包括被构造成刺穿患者的皮肤的针414。在其另一端处，注射器410包括边沿416。在使用中，注射器410被构造成用于与第一活塞460一起相对于护罩430和筒体440纵向移动。

说明性柱塞420安置在注射器410内。在使用中，柱塞420被构造成用于在注射器410内纵向移动。

说明性护罩430围绕注射器410安置并联接（例如，螺纹连接、焊接）到筒体440。护罩430与筒体440一体地形成也在本公开的范围内。

说明性筒体440的形状是大体圆筒形，不过该形状可不同。筒体440包括：上室442，其具有相对大的内直径；以及止动部（detent）448，其被构造成与包围注射器410的第一活塞460相互作用以限制第一活塞460和注射器410的向远侧移动。

说明性致动器组件450包括具有锋利的远侧尖端452的按钮451。说明性致动器组件450还包括具有内部屏障454（例如，膜）的壳体453。在图20的所图示的实施例中，致动器组件450的壳体453是联接（例如，螺纹连接、焊接）到筒体440的单独的部件，但是致动器组件450的壳体453与筒体440一体地形成也在本公开的范围内。在图20中所示的构型中，内部屏障454将壳体453划分成容纳第一试剂456（例如，含水柠檬酸）的第一致动室455和容纳第二试剂458（例如，碳酸氢钾）的第二反应室457。

说明性第一活塞460在边沿416下方包围注射器410。在使用中，第一活塞460被构造成与注射器410的边沿416和筒体440的止动部448相互作用。

说明性气道480将筒体440的上室442连接到周围大气。气道480是从上室442的在第一活塞460上方的一部分延伸到上室442的在第一活塞460下方的一部分的外管或内管也在本公开的范围内。在使用中，当气道480打开时，气道480被构造成将气体从筒体440的上室442引导到大气中。

接下来参考图20至图27，示出并描述了用于操作装置400的示例性方法。

在图20中，装置400被示为处于加载构型。装置400被锁定于该加载构型直到装置400准备好使用在本公开的范围内。在装置400的远端402处，注射器410和针414撤回到护罩430中并被其遮蔽。在装置400的近端404处，致动器组件450的内部屏障454将第一致动室455中的第一试剂456（例如，含水柠檬酸）与第二反应室457中的第二试剂458（例如，碳酸氢钾）分离。

在图21中，装置400被示为处于致动构型。致动器组件450的按钮451已被按下以用尖端452刺透内部屏障454。结果，第一反应室455和第二反应室457之间的内部屏障454至少部分地被移除，使得第一致动室455中的第一试剂456（例如，含水柠檬酸）暴露于第二反应室457中的第二试剂458（例如，碳酸氢钾）。

如上文所讨论的，关于致动器组件450和其他合适的致动器组件的额外细节在上文并入的美国专利No. 9,321,581；美国专利No. 9,795,740；以及国际申请No. PCT/US2018/017547中描述。

在图22中，装置400被示为处于穿刺构型。在装置400的近端404处，第一试剂456和第二试剂458反应并产生气体。气体对筒体440的上室442加压并向第一活塞460和注射器410施加力，这引起第一活塞460和注射器410向远侧移动穿过筒体440，继而引起弹簧490压缩。由于注射器410和柱塞420之间的摩擦力，第一活塞460的初始向远侧移动引起注射器410的向远侧移动，直到第一活塞460邻接筒体440的止动部448。在装置400的远端402处，针414从护罩430突出以刺穿患者的皮肤。

在图23中，装置400被示为处于注射构型。在装置400的近端404处，第一试剂456和第二试剂458继续反应并产生气体。在第一活塞460邻接筒体440的止动部448的上表面的情况下，如图24中所示，筒体440的上室442内的持续的压力增加克服柱塞420和注射器410之间的摩擦力，并且引起柱塞420向远侧移动穿过注射器410以将治疗流体412从注射器410递送穿过针414并送入穿刺部位中。当柱塞420到达其向远侧行程的终点时，如图25中所示，上室442内的压力变得足以使第一活塞460向下移动越过止动部448，如图26中所示，并暴露气道480。

在图27中，装置400被示为处于缩回构型。为了达到该构型，来自筒体440的上室442的气体从上室442释放，并且行进穿过暴露的气道480从筒体440离开。最终，当在一定的延迟时间之后第一活塞460上的来自弹簧490的近侧力超过第一活塞460上的来自加压气体的远侧力和第一活塞460上的来自止动部448的摩擦力时，第一活塞460和注射器410向近侧穿过筒体440的上室442朝向致动器组件450移动。例如，通过调节弹簧490的尺寸、形状和弹簧常数，止动部448的尺寸和形状以及气道480的尺寸，可控制第一活塞460的向近侧移动，包括移动之前的延迟时间。由于注射器410的边沿416在筒体440的上室442内处于第一活塞460上方，因此第一活塞460的向近侧移动引起注射器410的向近侧移动。在装置400的远端402处，针414从穿刺部位撤回并缩回到护罩430中。针414在图27的缩回构型中可具有与图20的加载构型相同的位置。第一活塞460可在向近侧行程的终点处被捕获，以维持针414处于缩回构型。

虽然已将本发明描述为具有示例性设计，但是在本公开的精神和范围内能够进一步修改本发明。因此，本申请旨在涵盖使用本发明的一般原理的本发明的任何变型、用途或改编。此外，本申请旨在涵盖处于本发明所属的技术领域内的已知或惯用实践内并且落入所附权利要求的限制内的这种对本公开的偏离。

Claims (20)

1.一种用于通过化学反应来递送治疗流体的装置，所述装置包括：

筒体；

致动器组件，其联接到所述筒体并且包括第一试剂和第二试剂；

联接到所述筒体的注射器，所述注射器容纳所述治疗流体并且包括针；以及

柱塞，其安置在所述注射器中；

其中，所述装置具有：

致动构型，其中所述第一试剂和所述第二试剂反应并产生气体；

注射构型，其中所述气体沿第一方向移动所述柱塞以从所述注射器递送所述治疗流体；以及

缩回构型，其中所述气体沿与所述第一方向相反的第二方向移动所述注射器的针。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置具有穿刺构型，其中所述气体沿所述第一方向移动所述注射器的针。

3.根据权利要求1所述的装置，其还包括围绕所述注射器安置的护罩，其中，所述注射器的针在所述穿刺构型中从所述护罩延伸并且在所述缩回构型中被所述护罩遮蔽。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置具有加载构型，其中所述第一试剂和所述第二试剂彼此分离。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括第一活塞头和第二活塞头，所述气体在所述注射构型中作用在所述第一活塞头上并且在所述缩回构型中作用在所述第二活塞头上。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二活塞头具有比所述第一活塞头更大的表面积。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二活塞头被构造成相对于所述第一活塞头轴向地移动。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二活塞头相对于所述第一活塞头被固定。

9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一活塞头安置在所述筒体内部，并且所述第二活塞头从所述筒体向外延伸。

10.一种用于通过化学反应递送治疗流体的装置，所述装置包括：

筒体；

致动器组件，其联接到所述筒体并且包括第一试剂和第二试剂；

联接到所述筒体的注射器，所述注射器容纳所述治疗流体并且包括针；

柱塞，其安置在所述注射器中；以及

空气室，其与所述柱塞流体连通；

其中，所述装置具有：

致动构型，其中所述第一试剂和所述第二试剂反应并在所述空气室中产生气体；

注射构型，其中所述空气室中的气体沿第一方向移动所述柱塞以从所述注射器递送所述治疗流体；以及

缩回构型，其中所述气体从所述空气室释放穿过空气通道，以允许所述注射器的针沿与所述第一方向相反的第二方向移动。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述空气室和所述空气通道在所述注射构型中彼此分离并且在所述缩回构型中彼此连通。

12. 根据权利要求10所述的装置，其还包括：

活塞，其联接到所述注射器；以及

第二空气室，其与所述空气通道和所述活塞流体连通；

其中，在所述缩回构型中，所述气体行进穿过所述空气通道并进入所述第二空气室中以沿所述第二方向驱动所述活塞。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述空气通道与周围大气连通。

14.根据权利要求13所述的装置，其还包括弹簧，所述弹簧在所述注射构型中被压缩并且在所述缩回构型中被释放。

15.一种用于通过化学反应从装置递送治疗流体的方法，所述装置包括：筒体，其具有第一室；致动器组件，其联接到所述筒体并且包括由屏障分离的第一试剂和第二试剂；联接到所述筒体的注射器，所述注射器容纳所述治疗流体并且包括针；柱塞，其安置在所述注射器中；以及护罩，其联接到所述筒体并且包围所述注射器，所述方法包括：

致动所述致动器组件；

至少部分地移除所述第一试剂和所述第二试剂之间的所述屏障；

从所述第一试剂和所述第二试剂的反应产生气体；

经由所产生的气体对所述筒体的第一室加压；

在所述第一室中经由由所产生的气体形成的力使所述注射器、所述柱塞和所述针沿第一方向移位；

经由由所产生的气体形成的力使所述柱塞在所述注射器内移位；

从所述针递送所述治疗流体；

从所述筒体内的所述第一室释放所产生的气体；以及

在从所述第一室释放所产生的气体之后，使所述针和所述注射器沿第二方向移位。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，在经由由所产生的气体形成的力使所述注射器、所述柱塞和所述针沿所述第一方向移位之前，所述注射器的针完全定位在所述护罩内。

17.根据权利要求15所述的方法，其还包括：当所述注射器、所述柱塞和所述针沿所述第一方向移位时，将所述注射器的针暴露在所述护罩之外。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二方向与所述第一方向相反。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述装置还包括空气通道，从所述第一室释放所产生的气体的步骤包括在所述注射器内使所述柱塞移位之后，所产生的气体进入所述空气通道。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所产生的气体进入所述空气通道之后，发生所述注射器和所述针沿所述第二方向的移位。

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