CN116648310A - 用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于雾化和喷射用于透皮递送的液体(L)的***(10)。该***(10)包括：罐(100)，其用于保持液体(L)；文丘里管(200)，其包括纵向中心轴线(X₁)和沿着轴线(X₁)延伸的内部通道(210)，其中，内部通道(210)经由限定在文丘里管(200)中的孔口(220)流体连接到罐(100)，其中，内部通道(210)包括会聚部段(230)、发散部段(240)和位于会聚部段(230)和发散部段(240)之间的喉部段(250)；气缸(300)，其包括纵向中心轴线(X₂)、正交于轴线(X₂)的端壁(310)、从端壁(310)沿着轴线(X₂)延伸的周向壁(320)和形成在端壁(310)上的出口孔(330)，其中，出口孔(330)流体连接到会聚部段(230)的入口(232)；活塞(400)，其布置在气缸(300)中，以便在气缸(300)中能够沿着轴线(X₂)移位，其中，活塞(400)与气缸(300)协作地限定气缸(300)中的进气空间(V)，其中，进气空间(V)经由出口孔(330)与会聚部段(230)的入口(232)流体连通；驱动单元(500)，其用于使活塞(400)沿着进气空间(V)的容积增加的方向移位；以及弹性构件(600)，其根据活塞(400)的移位而变形，并在活塞(400)正在沿着进气空间(V)的容积增加的方向移位时在其中存储弹性能量。驱动单元(500)包括弹性能量释放机构(M)，该弹性能量释放机构(M)释放存储在弹性构件(600)中的弹性能量，从而导致活塞(400)在进气空间(V)的容积减小的方向上迅速移动。

Description

用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的***

技术领域

本发明涉及一种用于雾化和喷射用于透皮递送(特别是浅层透皮递送)的液体(诸如例如水、油、乳液等)的***。本发明还涉及一种用于液体的透皮递送的设备，该设备包括这样的***。本发明还涉及一种用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的方法。

背景技术

诸如包括透明质酸的液体乳液的化妆品液体典型地经由浅层透皮递送(即，浅层深度皮肤递送)施加到使用者的身体的特定部位，诸如面部、手和手臂。为了更有效地透皮递送这种液体，希望将液体雾化成微米级的细液滴并将其喷射或喷洒到使用者的身体的期望部位。

在现有技术中，已知用于雾化和喷射化妆品液体的若干种装置。这些常规装置中的大多数使用高压气体(例如，二氧化碳气体)或压缩空气来用于化妆品液体的雾化和喷射。使用高压气体的装置需要可更换的气筒。这种气筒方法的缺点是，如果该装置被频繁使用，则气筒会很快耗尽，并且因此需要频繁更换。另一方面，使用压缩空气的装置需要外部压缩空气源，即外部空气压缩机或外部空气泵。这使得装置作为整体较大。这种装置难以移动和运输，并且不是特别适合轻松操纵。因此，需要改进用于雾化和喷射液体的装置。

至少在某种程度上与本文中公开的技术相关的现有技术的示例如下。JP1995022635(MARUI)描述了一种用于生成压缩空气的电动弹簧-活塞-齿轮机构。US20180099104A1(Gold NanoTech Inc.)描述了一种通过使用电磁阀来控制一定量的加压空气的排放来雾化液体的装置。在该装置中，加压空气穿过文丘里管以雾化液体。然而，JP1995022635仅旨在生成用于模型空***或空气***目的的压缩空气，以便发射固体弹丸/射弹。另一方面，US20180099104A1中公开的装置仅被配置成用外部供应的加压空气操作。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种用于雾化和喷射用于透皮递送的液体(尤其是具有高分子量的液体配方产品)的新型***和方法，以及用于液体的透皮递送的新型设备，该设备包括这样的***。

特别地，本发明的目的是提供一种用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的新型***和设备，其不需要可更换的(即单次使用/一次性的)诸如高压气筒的动力源，并且因此可以根据用户的需要多次雾化和喷射液体。此外，本发明的目的是提供一种用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的新型***和设备，其不需要诸如空气压缩机或空气泵的外部供应源，并且因此整体紧凑(即，物理占地面积小)且易于移动、运输和操纵。

为了实现上述目的，本发明提供了一种如下所述用于雾化和喷射用于透皮递送(特别是浅层透皮递送)的液体的***。也就是说，根据本发明的***包括：(i)罐，其用于保持液体；(ii)文丘里管，其包括：纵向中心轴线；以及沿着该纵向中心轴线延伸的内部通道，其中，内部通道经由限定在文丘里管中的孔口流体连接到罐，其中，该内部通道包括：会聚部段；发散部段；以及喉部段，其位于会聚部段和发散部段之间；(iii)气缸，其包括：纵向中心轴线；端壁，其正交于该纵向中心轴线；周向壁，其从端壁沿着相同的纵向中心轴线延伸；以及出口孔，其形成在端壁上，其中，出口孔流体连接到文丘里管的会聚部段的入口；(iv)活塞，其布置在气缸中，以便能够在气缸中沿着气缸的纵向中心轴线移动，其中，该活塞与气缸协作地限定气缸中的进气空间，其中，进气空间经由气缸的出口孔与文丘里管的会聚部段的入口流体连通；(v)驱动单元，其用于使活塞沿着气缸中的进气空间的容积增加的方向移位；以及(vi)弹性构件，其根据活塞的移位而变形，并在活塞正在沿着进气空间的容积增加的方向移位时在其中存储弹性能量。在本发明中，驱动单元包括弹性能量释放机构，该弹性能量释放机构释放存储在弹性构件中的弹性能量，从而导致活塞在进气空间的体积减小的方向上迅速移动。

本发明还提供了一种用于雾化液体的透皮(特别是浅层透皮)递送的设备，该设备包括：如上所述的用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的***；以及至少部分地容纳该***的壳体。

本发明还提供了一种用于雾化和喷射用于透皮(特别是浅层透皮)递送的液体的方法。该方法包括：(i)用液体填充罐，其中，罐经由限定在文丘里管中的孔口流体连接到文丘里管的内部通道，其中，文丘里管的内部通道包括：会聚部段；发散部段；以及喉部段，其位于会聚部段和发散部段之间；(ii)使气缸中的活塞沿着气缸中的进气空间的容积增加的方向移位，其中，进气空间限定在活塞和气缸的端壁之间，其中，形成在气缸的端壁上的出口孔流体连接到文丘里管的会聚部段的入口；(iii)当活塞正在沿着进气空间的容积增加的方向移位时，使弹性构件变形，该弹性构件布置成根据活塞的移位而变形并在其中存储弹性能量；(iv)释放存储在弹性构件中的弹性能量，从而导致活塞在进气空间的容积减小的方向上迅速移动；以及(v)通过利用活塞的迅速移动而通过气缸的端壁的出口孔从气缸推出的空气，将从罐供应到文丘里管的内部通道中的液体雾化并喷射到外部。

根据本发明，该***包括主要由气缸、活塞、弹性构件和驱动单元以及与流体罐流体连通的文丘里管组成的压缩空气源。在本发明中，驱动单元利用弹性构件的变形而使活塞在气缸中移位，并且因此将预定量的空气吸入气缸中。随后，通过立即释放存储在弹性构件中的弹性能量，活塞被推回其在气缸中的原始位置并压缩气缸中的空气。结果，高压空气从气缸的出口孔被高速地吹出，并被引入文丘里管的内部通道中。当高速空气通过文丘里管时，其内部的压力下降，因此罐中的少量液体被吸入文丘里管的内部通道中。如此吸入的少量液体通过高速空气的作用在文丘里管内部被雾化，并与空气一起被喷射出文丘里管。根据本发明，有可能以这种方式提供适合于透皮递送(特别是浅层透皮递送)的精细雾化液体的射流，即高速雾化液体颗粒。如本领域技术人员所熟知的，具有高分子量的液体仅通过表面涂覆不能有效地渗透到皮肤中。根据本发明，由于液体被充分精细地粉碎，即使具有高分子量的液体也可以有效地渗透到皮肤中。这里，浅层透皮递送意指直至皮肤的上表皮的递送。

此外，根据本发明的***、设备和方法不需要可更换的(即单次使用/一次性的)诸如高压气筒的原动力源，以便雾化和喷射用于透皮递送的液体。因此，根据本发明的***、设备和方法可以反复地雾化和喷射液体。除此之外，根据本发明的***、设备和方法不需要诸如空气压缩机或空气泵的任何外部源。也就是说，可以在内部产生用于雾化和排出液体的高速空气射流。因此，***和设备可以整体上足够紧凑以便手持，并且易于移动、运输和操纵。

根据本发明的一个优选方面，活塞可以包括：纵向中心轴线；端壁，其面向气缸的端壁；以及周向壁，其从端壁沿着纵向中心轴线延伸。在该方面，在活塞的周向壁的外表面上可以形成沿着纵向中心轴线延伸的齿条。此外，在该方面，驱动单元可以包括具有仅在某个角度范围内的齿的扇形齿轮，该扇形齿轮与活塞的齿条啮合并线性地驱动齿条。此外，在该方面，扇形齿轮和齿条的组合可以形成弹性能量释放机构。根据该方面，用于释放存储在弹性构件中的弹性能量的机构可以被制造得特别简单和坚固。然而，可以适当地采用机械地、电学地、电磁地或流体地操作以用于释放存储在弹性构件中的弹性能量的其它机构/装置。

根据本发明的一个优选方面，在驱动单元包括扇形齿轮的情况下，驱动单元还可以包括：电功率源；和电动马达，其电连接到电功率源并直接或间接地旋转地驱动扇形齿轮。根据该方面，驱动单元特别容易操作。

根据本发明的一个优选方面，在驱动单元包括电动马达的情况下，驱动单元还可以包括：小齿轮，其联接到电动马达的输出轴；以及一个或多个齿轮，其将小齿轮的旋转运动传递给扇形齿轮以旋转地驱动扇形齿轮。特别地，该一个或多个齿轮可以包括：锥齿轮，其与小齿轮啮合；以及正齿轮，其与锥齿轮和扇形齿轮两者啮合。根据该方面，马达的输出轴和扇形齿轮的旋转轴可以布置成彼此正交，使得***可以变得尽可能紧凑。除此之外，齿轮的这种组合的使用有助于根据包括所述***的设备的期望整体形状适当地定位电动马达。

根据本发明的一个优选方面，在驱动单元包括锥齿轮和正齿轮的情况下，驱动单元还可以包括与正齿轮啮合的闩锁，其中，闩锁调节正齿轮的旋转方向，使得正齿轮仅在一个方向上旋转。根据该方面，由于变形的弹性构件的恢复力，闩锁可以防止正齿轮的反向旋转，并且因此防止活塞的回退。结果，在扇形齿轮已经旋转到其从活塞的齿条脱离接合的最终位置之前(即，在弹性构件存储足够的弹性能量之前)，可能防止活塞无意地操作以排出吸入气缸中的空气。

根据本发明的一个优选方面，在驱动单元包括扇形齿轮的情况下，气缸的周向壁可以形成有用于暴露活塞的齿条的至少一部分的线性凹口，并且扇形齿轮可以通过气缸的周向壁的凹口与齿条啮合。根据该方面，与气缸的周向壁不具有用于暴露活塞的齿条的至少一部分的凹口的情况相比，该***相对于活塞的移位方向可以变得更紧凑。

根据本发明的一个优选方面，在活塞包括面向气缸的端壁的端壁和从活塞的端壁延伸的周向壁的情况下，弹性构件可以是至少部分地容纳在活塞内部的螺旋弹簧。同样通过这种方式，该***可以相对于活塞的移位方向变得紧凑。此外，根据本发明的一个优选方面，该***还可以包括细长的导杆，该导杆布置成由诸如螺旋弹簧的弹性构件包围。在这种情况下，当活塞在进气空间的容积增加的方向上移位时，导杆可以至少部分地进入活塞。根据该方面，在使***相对于活塞的移位方向紧凑的同时，随着活塞被移位，弹性构件(即螺旋弹簧)可能被可靠地压缩。

根据本发明的一个优选方面，罐可以流体连接到文丘里管的喉部段，特别是经由限定在文丘里管中的孔口。根据该方面，特别高效的液体雾化是可能的。另外，根据本发明的一个优选方面，文丘里管可以直接连接到气缸，使得文丘里管的会聚部段的入口和气缸的出口孔彼此对准。根据该方面，与文丘里管的会聚部段的入口和气缸的出口孔例如通过单独的管线或单独的导管线连接的情况相比，雾化液体的特别高效的喷射是可能的。

根据本发明的一个优选方面，基于会聚部段的最大内径，文丘里管的会聚部段的最大内径、文丘里管的喉部段的内径和文丘里管的发散部段的最大内径的比值可以是1∶0.1至0.7∶1至1.5。根据该方面，可以获得雾化液体的特别令人满意的喷射速率和喷射量。

根据本发明的一个优选方面，液体可以是用于透皮递送(特别是浅层透皮递送)的化妆品液体。然而，根据本发明，包括化妆品液体在内的各种液体可以被雾化和喷射。适用于本发明的液体具有例如1×10^-4Pa·s至200Pa·s、更优选地小于70Pa·s的粘度。

附图说明

下面将参考附图详细解释本发明的非限制性和代表性实施例。

图1是根据本发明的一个实施例的用于雾化液体的浅层透皮递送的设备的示意性框图。

图2是用于雾化和喷射用于浅层透皮递送的液体的***的示意图，该***将被结合到图1中所示的设备中，其中作为该***的部件的文丘里管、活塞和气缸以横截面示出。

图3是作为图2中所示***的部件的罐和文丘里管的放大剖视图。

图4是示出处于拆卸状态的形成图2中所示***的驱动单元的驱动力传递机构的各个齿轮的透视图。

图5是用于雾化和喷射用于浅层透皮递送的液体的***的类似于图2的示意图，示出了活塞被驱动单元向远侧(即，向图中的左侧)移位的状态。

图6是用于雾化和喷射用于浅层透皮递送的液体的***的类似于图2的示意图，其中活塞已经被驱动单元向远侧移位到其最终位置。

图7是用于雾化和喷射用于浅层透皮递送的液体的***的类似于图2的示意图，其中存储在螺旋弹簧中的弹性能量被释放，并且活塞被向近侧(即，向图中的右侧)推回。

图8是用于雾化和喷射用于浅层透皮递送的液体的***的类似于图2的示意图，其中活塞与气缸的端壁碰撞，并且从气缸推出的高速空气导致液体的薄雾从文丘里管的出口排出。

具体实施方式

现在将参照图1至图8描述本发明的一些示例性实施例。在每个图中，每个元件的宽度、长度、高度、直径等的尺度比可以不是恒定的，并且可以与实际的尺度比不同。应当注意，在某些附图中，为了强调，某些元件或特征画得比它们实际的情况大或小。

如本文中所用，诸如“上部”、“下部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“上方”、“下方”、“右”、“左”等的与方向相关的术语应当结合附图中***和设备的取向来理解，该取向与在使用中的实际取向可以匹配，或者可以不匹配。此外，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在本说明书中，术语“远侧”或“向远侧”意指远离喷射或释放雾化液体的文丘里管的方向。另一方面，术语“近侧”或“向近侧”意指更靠近文丘里管的方向。

图1示意性地示出了用于雾化液体的浅层透皮递送的设备，该设备是本发明的示例性实施例。大体上由附图标记1表示的该设备主要包括用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的***(大体上由附图标记10表示)以及在其中容纳***10的壳体20。在图示实施例中，壳体20大致包围整个***10(除了用于排出雾化液体的文丘里管的出口)，尽管壳体20可以仅容纳***10的至少一部分。设备1用于雾化和喷射的目标液体特别地是化妆品液体，诸如包括要透皮递送的透明质酸的液体乳液。然而，设备1和因此***10可以用于水、油、各种乳液等的雾化和喷射。

除了图1之外，如从图2可以更好地看到的，***10包括用于保持一定量的液体L(例如几毫升到几百毫升的液体L)的罐100。罐100优选地由例如透明塑料或玻璃制成，使得可以从外部看到内容物和/或一定量的内容物。半透明或不透明材料可以用于制造罐100。***10还包括文丘里管200、邻近文丘里管200设置的气缸300、以及可滑动地布置在气缸300中的活塞400。文丘里管200可以由具有足够刚性的塑料材料形成，例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)等。气缸300和活塞400也可以由相同的材料形成。相反，气缸300和活塞400两者可以由合适的金属(或金属合金)材料形成。

进一步参考图1和图2，***10另外包括与活塞400操作性地(即，机械地)相关联的驱动单元500、也与活塞400机械地相关联的弹性构件600(在该实施例中为螺旋弹簧)、以及布置成由螺旋弹簧600包围的细长导杆700。

特别地，如图1中所示，驱动单元500主要包括下文详细描述的一组齿轮500a和动力源组件500b。在该实施例中，动力源组件500b包括电池(电功率源)520、电动马达530和插置在两者间的开关580。应当注意，为了方便起见，除了图1之外，在其它图中未示出电池520和开关580。

如上所述，并且如图3(图3示出了罐100和文丘里管200的剖视图)中更详细地示出的，***10包括用于保持液体L的罐100。在该实施例中，罐100通过螺纹连接以液密方式可拆卸地连接到文丘里管200。罐100在其开口侧上具有凸缘110。文丘里管200也具有对应于罐100的凸缘110的凸缘260。罐100被放置在文丘里管200上方，其凸缘110与文丘里管200的凸缘260接触。这种布置是特别优选的，因为重力的作用有利于在***10操作期间将液体L供应到文丘里管200中。然而，罐100相对于文丘里管200的取向不限于该示例性实施例，并且可以根据需要适当地改变。

进一步参考图3，文丘里管200包括纵向中心轴线X₁和沿着纵向中心轴线X₁连续地延伸的内部通道210。内部通道210经由限定在文丘里管200中的孔口220流体连接到罐100。如图3中所示，内部通道210包括沿着纵向中心轴线X₁连续地连接的会聚部段230、发散部段240和喉部段250。喉部段250位于会聚部段230和发散部段240之间。如上文所解释的，罐100经由孔口220特别地流体连接到文丘里管200的喉部段250。孔口220的内径使得当文丘里管200中的压力等于大气压时，液体L由于液体L的粘度而不会在文丘里管200中自发地下降。

会聚部段230具有放置在其两个端部中的每一个上的入口232和出口234。喉部段250也具有放置在其两个端部中的每一个上的入口252和出口254。此外，发散部段240具有放置在其两个端部中的每一个上的入口242和出口244。会聚部段230的出口234和喉部段250的入口252彼此平滑地且连续地连接。类似地，喉部段250的出口254和发散部段240的入口242彼此平滑地且连续地连接。

在该实施例中，喉部段250的内径D₃是恒定的。会聚部段230的出口234的内径(最小内径)D₄与喉部段250的内径D₃相同，并且发散部段240的入口242的内径(最小内径)D₅也与喉部段250的内径D₃相同。会聚部段230的内径朝向喉部段250单调地(线性地)减小，而发散部段240的内径远离喉部段250单调地(线性地)增加。然而，会聚部段230和发散部段240的内径可以分别曲线地减小和增加。

另外，在该实施例中，会聚部段230的最大内径D₁(即，入口232的内径)、喉部段250的内径D₃和发散部段240的最大内径D₂(即，出口244的内径)的比值(即D₁∶D₃∶D₂)为1∶0.1至0.7∶1至1.5。这是基于会聚部段230的最大内径D₁的。然而，该比值仅为示例，并且根据需要可以采用其它各种比值。

这里，转到图2，作为***1的一个部件的气缸300包括纵向中心轴线X₂、面向文丘里管200并正交于纵向中心轴线X₂的端(近端)壁310、以及从端壁310沿着纵向中心轴线X₂延伸的周向壁320。也就是说，气缸300是一端开放的中空体。尽管未示出且不限于此，但是气缸300由***10的框架(例如，设备1的子壳体(未示出))固定地支撑。气缸300还包括形成在其端壁310上的出口孔330。出口孔330流体连接到文丘里管200的会聚部段230的入232。在该实施例中，文丘里管200直接连接到气缸300，使得文丘里管200的会聚部段230的入232和气缸300的出口孔330彼此对准。然而，如果需要，也可能采用其中会聚部段230的入232和气缸300的出口孔330经由管线或导管线连接的配置。

在气缸300中，作为***1的一个部件的活塞400布置成能够沿着气缸300的纵向中心轴线X₂平滑地移位。活塞400包括纵向中心轴线X₃、面向气缸300的端壁310的端(近端)壁410、以及从端壁410沿着纵向中心轴线X₃延伸的周向壁420。此外，活塞400包括沿着纵向中心轴线X₃延伸的齿条430。齿条430一体地形成在活塞400的周向壁420的外表面上，特别是在周向壁420的远端侧上的大约一半的区域中。尽管在图2中未示出，但是活塞400与气缸300协作地在气缸300中限定进气空间V(参见图5、图6和图7)。进气空间V经由气缸300的出口孔330与文丘里管200的会聚部段230的入口232流体连通。

活塞400还包括由例如弹性体材料制成的O形环(填料)440。O形环440装配在形成在活塞400的端壁410中的圆形凹槽450中。O形环440用于保持活塞400和气缸300的内表面之间的气密性。在该实施例中，活塞400的横截面在O形环440所在的其端壁部段中为正圆。然而，在周向壁部段中，活塞400的横截面为部分圆，其中圆的一部分沿着平行于其直径的直线被切掉。这是为了确保在活塞的外周表面上的平坦表面，以用于如上所述布置齿条430。当然，在另一个实施例中，可以采用其它形状作为活塞400的周向壁部段的横截面。尽管未示出，但是在该实施例中，***10还包括用于防止活塞400相对于气缸300旋转的机构或特征。

在图2中所示的状态下，即，在气缸300的端壁310和活塞400的端壁410彼此接触的状态下，活塞400的远端从气缸300的远端稍微突出。换句话说，活塞400沿着纵向中心轴线X₃的长度略大于气缸300的周向壁320沿着纵向中心轴线X₂的长度。因此，在图2中所示的状态下，一体地形成在活塞400的外周表面上的齿条430的一部分从气缸400的远端突出。在该实施例中，气缸300的周向壁320形成有线性凹口340，以用于暴露活塞400的齿条430的至少一部分。如下文详细地解释的，驱动单元500的扇形齿轮510通过气缸300的周向壁320的这个凹口340与齿条430啮合。

如上所述，***10包括彼此机械地相关联的驱动单元500和弹性构件600。驱动单元500可以使活塞400向远侧移位，即，在气缸300中的进气空间V的容积增加的方向上移位。另一方面，弹性构件600布置成根据活塞400的移位而变形，并且当活塞400正向远侧(即在进气空间V的容积增加的方向上)移位时在弹性构件600中存储弹性能量(机械势能)。因此，该实施例的***10可以被称为“弹簧加载***”。在该实施例中，如上所述，弹性构件600是螺旋弹簧，其至少部分地(例如大约一半地)容纳在中空活塞400内部。

驱动单元500另外包括弹性能量释放机构M。在该实施例中，弹性能量释放机构M被配置成以规则的间隔释放存储在弹性构件600中的弹性能量，从而导致活塞400向近侧(即，在进气空间V的体积减小的方向上)迅速移动(或猛冲)。更具体地，驱动单元500包括扇形齿轮510，扇形齿轮510具有仅在某个角度范围内(诸如例如90°至300°)的齿。扇形齿轮510布置成与活塞400的齿条430啮合并在一个方向上(即，向图中的左侧)线性地驱动齿条430。在该实施例中，扇形齿轮510和齿条430的组合形成弹性能量释放机构M，以用于以规则的间隔释放存储的弹性能量。也就是说，在扇形齿轮510的最后一个齿从齿条430的最后一个齿脱离接合的时刻，活塞400的约束被释放，并且因此存储在弹性构件600中的弹性能量也被立即释放。然而，在另一个实施例中，可以适应另一种类型的弹性能量释放机构，并且其可以被配置成仅在期望时释放存储在弹性构件600中的弹性能量。

如已经解释的，驱动单元500包括电功率源520，例如，诸如锂离子电池的可再充电电池。另外，如上文所解释的，驱动单元500包括电动马达530，该电动马达530电连接到电功率源520并且间接地(即，经由用于动力传输的齿轮系)旋转地驱动扇形齿轮510。如上所述，电功率源520、电动马达530和插置在它们之间的开关580构成驱动单元500的动力源组件500b。在该实施例中，扇形齿轮510由电动马达530经由齿轮组500a仅在一个方向上(即，在图2中逆时针地)旋转。在另一个实施例中，扇形齿轮510可以由电动马达530直接驱动。然而，在这种情况下，由于需要具有大扭矩和因此大尺寸的马达，因此希望经由由齿轮系组成的合适的减速机构来驱动扇形齿轮510，如本文中所图示。

这里，参考图4，将描述构成驱动单元500的减速机构的齿轮系，即如上所述的驱动单元500的齿轮组500a。驱动单元500的齿轮组500a包括小齿轮540(锥齿轮类型)，该小齿轮540固定地联接到电动马达530的输出轴532。此外，驱动单元500的齿轮组500a包括两种齿轮550、560，它们将小齿轮540的旋转运动传递到扇形齿轮510以旋转地驱动扇形齿轮510。在该实施例中，这些齿轮550、560以及扇形齿轮510由***10的框架(未示出)(即，设备1的子壳体)可旋转地支撑。由于电动马达530由***10的框架(未示出)固定地支撑，小齿轮540也由***10的框架(未示出)可旋转地支撑。在另一个实施例中，齿轮510、550和560可以由设备1的壳体20本身可旋转地支撑。

进一步参考图4，与小齿轮540啮合的齿轮550是锥齿轮。另一方面，与锥齿轮550和扇形齿轮510两者啮合的齿轮560是正齿轮。这里，正齿轮560用作中间齿轮。在该实施例中，扇形齿轮510和锥齿轮550两者都具有其中两种类型的齿轮传动部分沿着旋转轴线的方向堆叠的结构。扇形齿轮510包括第一部分512，该第一部分512具有仅在沿着其齿根圆的某个角度范围内的齿。此外，扇形齿轮510包括一体地联接到该第一部分512的第二部分514。扇形齿轮510的第二部分514(即正齿轮部分)包括沿着其齿根圆的整个圆周的齿。第二部分514的齿顶圆的直径小于第一部分512的齿顶圆的直径。

锥齿轮550也包括第一部分552和第二部分554，该第一部分552包含周向地布置在圆锥形表面上的一排齿，该第二部分554一体地联接到该第一部分552，并且由直径小于第一部分552的最小直径的正齿轮组成。固定地附接到电动马达530的输出轴532的小齿轮540与锥齿轮550的第一部分552啮合，并且与其一体地旋转的锥齿轮550的第二部分554与正齿轮560啮合。此外，正齿轮560与扇形齿轮510的第二部分514啮合。结果，小齿轮540的高速旋转导致扇形齿轮510以预定的较低速度(例如每秒几转)旋转。活塞400通过由此导致的扇形齿轮510的旋转以规则的间隔在远侧方向上移位。在该实施例中，活塞400的齿条430上的齿数大约等于扇形齿轮510的第一部分512上的齿数，但是本发明不限于此。

这里，再次参考图2，驱动单元500还包括与正齿轮560啮合的闩锁570。闩锁570布置成调节正齿轮560的旋转的方向，使得正齿轮560仅在一个方向上(即，在图2中顺时针地)旋转。在另一个实施例中，也可设想将闩锁570与除正齿轮560之外的任何其它齿轮接合。闩锁570不是该***10中的必不可少的部件。

进一步参考图2，***10另外包括细长的弹簧导杆700，该弹簧导杆700布置成由螺旋弹簧600包围。在该实施例中，导杆700的基部端710由***10的框架(未示出)(即，设备1的子壳体)支撑。在另一个实施例中，弹簧导杆700可以由设备1的壳体20本身支撑。弹簧导杆700布置成使得当活塞400正向远侧(即在进气空间V的容积增加的方向上)移位时弹簧导杆700至少部分地进入活塞400。

在下文中，将参照图2、图5至图8描述如上所述配置的用于雾化和喷射液体的***10的操作，以及因此用于雾化和喷射用于透皮递送的液体的方法(假设最初罐100是空的)。

在雾化和喷射液体之前，用液体L填充罐100。该过程可以在罐100从文丘里管200移除的情况下执行。接下来，在***10和因此设备1上下倒置的情况下，罐100被拧到文丘里管200上以将它们彼此连接。然后，***10和因此设备1返回到正常使用位置，在该位置，罐100位于文丘里管200上方。作为该过程的结果，罐100经由限定在文丘里管200中的孔口220流体连接到文丘里管200的内部通道210。这就完成了雾化和排出液体的准备工作(参见图2)。如果使用具有可打开盖子的罐(在这种情况下，盖子设置在罐100的凸缘110的对面)，则可以在不从文丘里管200移除罐100的情况下用液体填充罐100。

接下来，活塞400在气缸300中向远侧(即，在限定在气缸300中的进气空间V的容积增加的方向上)移位。通过接通开关580自动地执行该过程。也就是说，如上所述，当开关580被接通时，电动马达530旋转，并且其旋转力经由由齿轮550、560组成的齿轮系被传递到扇形齿轮510。由于扇形齿轮510与活塞400的齿条430啮合，扇形齿轮510的旋转导致活塞400如上所述向远侧移位。图5示出了其中活塞400正由驱动单元500在远侧方向上移位仅短距离的状态。

当活塞400正在进气空间V的容积增加的方向上移位时，弹性构件600(即螺旋弹簧)同时且逐渐地变形。如上所述，弹性构件600布置成根据活塞400的移位线性地变形。因此，在该过程期间，弹性构件600在其中存储弹性能量。图6示出了其中活塞400已经由驱动单元500向远侧移位到其最终位置的状态。该状态正好在扇形齿轮510的一排齿中的最后一个齿(在旋转方向上观察)和齿条430的最后一个齿(在移位方向上观察)脱离接合之前，并且存储在螺旋弹簧600中的弹性能量最大化。

当扇形齿轮510从图6中所示的状态进一步旋转微小角度时，扇形齿轮510和齿条430(更具体地，扇形齿轮510的最后一个齿和齿条430的最后一个齿)脱离接合。结果，活塞400现在可以自由移动。因此，存储在弹性构件600中的弹性能量被立即释放，从而导致活塞400向近侧(即，在进气空间V的容积减小的方向上)迅速移动。图7示出了其中活塞400在气缸300中仅向近侧被推出短距离的状态。

在图7中所示的情形中，存在于气缸300的进气空间V中的空气由活塞400压缩，并从气缸300的出口孔330高速地移动到文丘里管200中。随着空气行进通过文丘里管200，空气的流速增加，尤其是在其喉部段250中。结果，喉部段250中的压力降低，使得罐100中的少量液体L通过文丘里管200的孔220被吸入通道210中。该少量的液体L在文丘里管200内部被空气(该空气由活塞400推出气缸300并高速地移动)雾化，并且通过文丘里管200的出口244被排出到外部。图8示出了其中活塞400与气缸300的端壁310碰撞并且从气缸300推出的高速空气导致液体L的薄雾从文丘里管200的出口排出的状态。

在该实施例中，除非开关580被关断，否则电动马达530将继续旋转，因此扇形齿轮510也将继续旋转。因此，在达到图8中所示的状态之后，扇形齿轮510立即与活塞400的齿条430重新接合。结果，***10返回到图2中所示的初始状态。因此，当开关580保持接通时，***10间歇地(以对应于扇形齿轮510的旋转速度的间隔)雾化罐100中的液体L，并将其作为雾化的液体颗粒通过文丘里管200排出到外部。

如上所述，***10和因此设备1包括主要由气缸300、活塞400、弹性构件600和驱动单元500以及与流体罐100流体连通的文丘里管200组成的压缩空气源。随着弹性构件600的变形，驱动单元500使活塞400在气缸300中移位，并且因此将预定量的空气吸入气缸300中。随后，通过释放存储在弹性构件600中的弹性能量，活塞400被推回其在气缸300中的原始位置并压缩气缸300中的空气。结果，高压空气从气缸300的出口孔330被高速地吹出，并被供应到文丘里管200的内部通道210。当高速空气穿过文丘里管200、特别是喉部段250(即，收缩部)时，其内部的压力下降，因此罐100中的少量液体L被吸入文丘里管200的内部通道210中。如此吸入的少量液体L通过高速空气的作用在文丘里管200内部被雾化，并与空气一起被喷射出文丘里管200。以这种方式，可能提供精细雾化的液体的射流，即高速雾化液体颗粒(非常细尺寸的液滴)，其适合于浅层透皮递送至皮肤的上层表皮层。

此外，***10和因此设备1不需要可更换的(即单次使用/一次性的)诸如高压气筒的原动力源，以便雾化和喷射用于透皮递送的液体。因此，***10和因此设备1可以反复地雾化和喷射液体L。除此之外，***10和因此设备1不需要诸如空气压缩机或空气泵的外部源。也就是说，在内部产生用于雾化和排出液体的高速空气射流。因此，***10和因此设备1可以是整体紧凑的，并且易于移动、运输和携带。

下面列出根据上述实施例的***的一个示例的具体数据。然而，本发明不受这些值限制：

-气缸的内径：10至30mm；

-弹性构件的弹簧常数：20至70N/m；

-弹性构件的自然长度：10至30cm；

-弹性构件的外径：5至15mm；

-气缸的出口孔的直径：1至10mm，特别是5mm；

-文丘里管的会聚部段的最大内径：1至10mm，特别是5mm；

-文丘里管的发散部段的最大内径：当文丘里管的会聚部段的最大内径为5mm时为7mm；

-文丘里管的喉部段的内径：当文丘里管的会聚部段的最大内径为5mm时为3.4mm；

-文丘里管的孔口的内径：0.6-1.2mm，特别地，当文丘里管的会聚部段的最大内径为5mm时为0.6mm；

-气缸中的压缩空气的最大压力：0.55MPa；

-雾化液滴的尺寸：10μm以下；

-文丘里管的出口处的雾化液滴的速度：至少150m/s，与液体的分子量无关；

-可以递送的液体的体积：20毫升/次(注射)；以及

-液体递送(注射)的最大频率：每秒两次。

上面已经参考附图详细解释了本发明的优选实施例。然而，本发明不限于这些实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改和改变，并且这样的修改和改变也包括在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种用于雾化和喷射用于透皮递送的液体(L)的***(10)，所述***(10)包括：

罐(100)，其用于保持所述液体(L)；

文丘里管(200)，其包括：纵向中心轴线(X₁)；以及沿着所述纵向中心轴线(X₁)延伸的内部通道(210)，其中，所述内部通道(210)经由限定在所述文丘里管(200)中的孔口(220)流体连接到所述罐(100)，其中，所述内部通道(210)包括：会聚部段(230)；发散部段(240)；以及喉部段(250)，其位于所述会聚部段(230)和所述发散部段(240)之间；

气缸(300)，其包括：纵向中心轴线(X₂)；端壁(310)，其正交于所述纵向中心轴线(X₂)；周向壁(320)，其从所述端壁(310)沿着所述纵向中心轴线(X2)延伸；以及出口孔(330)，其形成在所述端壁(310)上，其中，所述出口孔(330)流体连接到所述文丘里管(200)的所述会聚部段(230)的入口(232)；

活塞(400)，其布置在所述气缸(300)中，以便能够在所述气缸(300)中沿着所述气缸(300)的纵向中心轴线(X₂)移位，其中，所述活塞(400)与所述气缸(300)协作地限定所述气缸(300)中的进气空间(V)，其中，所述进气空间(V)经由所述气缸(300)的所述出口孔(330)与所述文丘里管(200)的所述会聚部段(230)的所述入口(232)流体连通；

驱动单元(500)，其用于使所述活塞(400)沿着所述气缸(300)中的所述进气空间(V)的容积增加的方向移位；以及

弹性构件(600)，其根据所述活塞(400)的移位而变形，并在所述活塞(400)正在沿着所述进气空间(V)的容积增加的方向移位时在所述弹性构件(600)中存储弹性能量，

其中，所述驱动单元(500)包括弹性能量释放机构(M)，所述弹性能量释放机构(M)释放存储在所述弹性构件(600)中的所述弹性能量，从而导致所述活塞(400)在所述进气空间(V)的容积减小的方向上迅速移动。

2.根据权利要求1所述的***(10)，其中，所述活塞(400)包括：纵向中心轴线(X₃)；端壁(410)，其面向所述气缸(300)的所述端壁(310)；以及周向壁(420)，其从所述端壁(410)沿着所述纵向中心轴线(X₃)延伸，其中，在所述活塞(400)的所述周向壁(420)的外表面上形成沿着所述纵向中心轴线(X₃)延伸的齿条(430)，其中，所述驱动单元(500)包括具有仅在某个角度范围内的齿的扇形齿轮(510)，所述扇形齿轮(510)与所述活塞(400)的所述齿条(430)啮合并线性地驱动所述齿条，其中，所述扇形齿轮(510)和所述齿条(430)的组合形成所述弹性能量释放机构(M)。

3.根据权利要求2所述的***(10)，其中，所述驱动单元(500)还包括：电功率源(520)；以及电动马达(530)，其电连接到所述电功率源(520)并直接或间接地旋转地驱动所述扇形齿轮(510)。

4.根据权利要求3所述的***(10)，其中，所述驱动单元(500)还包括：小齿轮(540)，其联接到所述电动马达(530)的输出轴(532)；以及一个或多个齿轮(550，560)，其将所述小齿轮(540)的旋转运动传递到所述扇形齿轮(510)以旋转地驱动所述扇形齿轮。

5.根据权利要求4所述的***(10)，其中，所述一个或多个齿轮(550，560)包括：锥齿轮(550)，其与所述小齿轮(540)啮合；以及正齿轮(560)，其与所述锥齿轮(550)和所述扇形齿轮(510)两者啮合。

6.根据权利要求5所述的***(10)，其中，所述驱动单元(500)还包括与所述正齿轮(560)啮合的闩锁(570)，其中，所述闩锁(570)调节所述正齿轮(560)的旋转方向，使得所述正齿轮(560)仅在一个方向上旋转。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的***(10)，其中，所述气缸(300)的所述周向壁(320)形成有用于暴露所述活塞(400)的所述齿条(430)的至少一部分的线性凹口(340)，其中，所述扇形齿轮(510)通过所述气缸(300)的所述周向壁(320)的所述凹口(340)与所述齿条(430)啮合。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的***(10)，其中，所述弹性构件(600)是至少部分地容纳在所述活塞(400)内部的螺旋弹簧。

9.根据权利要求8所述的***(10)，还包括细长的导杆(700)，所述细长的导杆(700)布置成由所述弹性构件(600)包围，其中，当所述活塞(400)在所述进气空间(V)的容积增加的方向上移位时，所述导杆(700)至少部分地进入所述活塞(400)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的***(10)，其中，所述罐(100)流体连接到所述文丘里管(200)的所述喉部段(250)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的***(10)，其中，所述文丘里管(200)直接连接到所述气缸(300)，使得所述文丘里管(200)的所述会聚部段(230)的所述入口(232)和所述气缸(300)的所述出口孔(330)彼此对准。

12.根据前述权利要求中任一项所述的***(10)，其中，基于所述会聚部段(230)的最大内径(D₁)，所述文丘里管(200)的所述会聚部段(230)的最大内径(D₁)、所述文丘里管(200)的所述喉部段(250)的内径(D₃)和所述文丘里管(200)的所述发散部段(240)的最大内径(D₂)的比值为1：0.1至0.7：1至1.5。

13.根据前述权利要求中任一项所述的***(10)，其中，所述液体(L)是待被透皮递送的化妆品液体。

14.一种用于雾化液体的透皮递送的设备(1)，所述设备(1)包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的***(10)；以及

壳体(20)，其至少部分地容纳所述***(10)。

15.一种用于雾化和喷射用于透皮递送的液体(L)的方法，所述方法包括：

用液体(L)填充罐(100)，其中，所述罐(100)经由限定在文丘里管(200)中的孔口(220)流体连接到所述文丘里管(200)的内部通道(210)，其中，所述文丘里管(200)的所述内部通道(210)包括：会聚部段(230)；发散部段(240)；以及喉部段(250)，其位于所述会聚部段(230)和所述发散部段(240)之间；

使活塞(400)在气缸(300)中沿着所述气缸(300)中的进气空间(V)的容积增加的方向移位，其中，所述进气空间(V)限定在所述活塞(400)和所述气缸(300)的端壁(310)之间，其中，形成在所述气缸(300)的所述端壁(310)上的出口孔(330)流体连接到所述文丘里管(200)的所述会聚部段(230)的入口(232)；

在所述活塞(400)正在沿着所述进气空间(V)的容积增加的方向移位时，使弹性构件(600)变形，所述弹性构件(600)布置成根据所述活塞(400)的移位而变形并在其中存储弹性能量；

释放存储在所述弹性构件(600)中的所述弹性能量，从而导致所述活塞(400)在所述进气空间(V)的容积减小的方向上迅速移动；以及

通过利用所述活塞(400)的迅速移动而通过所述气缸(300)的所述端壁(310)的所述出口孔(330)从所述气缸(300)推出的空气，将从所述罐(100)供应到所述文丘里管(200)的所述内部通道(210)中的所述液体(L)雾化并喷射到外部。