盲人胰岛素注射器设计
[摘 要]眼睛视力存在问题的人们在生活中有着许多的困难，当一个人在视力方面存在问题的时候，他或者她又得了糖尿病，那么对于这样的人群而言，存在着一种极大的风险。而这种风险就是注射胰岛素。由于目前市面上的胰岛素注射器都是为视力不存在问题的人设计的，缺乏为视力不好的人群设计的一款胰岛素注射器。因此，我们考虑设计一款注射器，为视力不好的人们带来生活的便利与安全。
[关键词]盲人 胰岛素 创新
中图分类号：S855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0210-01
我国目前注射器上的注射针所采用的材质是不锈钢，不锈钢材质的注射针容易导致传染病的传播。为了杜免传染病的传播，同时为了视力不好的人更好的生活，我们设计了盲人胰岛素无针注射器，这款注射器利用强大的压力给予的动力形成一股速度非常快的液流将所需要注射的药物注射到使用者的皮肤下面，从而有效的避免了皮肤因破损而导致的感染。
1 研究重点
如图1所示，这是我们精心绘制的盲人胰岛素无针注射器的使用原理图，从图上我们可以清晰的看到，这款产品主要有六大部件构成，即①扳机②安疏瓶③安全环④芯杆⑤挡板⑥弹簧。
2 研究内容
我们的这款设备有两个系统，他们分别是①压缩系统②注射系统。注射系统是与药液发生直接接触的地方。
2.1 压缩系统的主要内容
2.1.1 压缩系统结构的设计以及对于材料的使用，需要确保该系统可以重复使用6000次以上，5000次是它的最小值。
2.1.2 压缩过程应当确保每一次都在1毫秒内。
2.1.3 每次压缩过程的动力来源是使用者手工给力。
2.2 技术关键
2.2.1 注射系统喷射口的设计与加工精度的控制
考虑到注射系统使用的一次性以及各种生物、化学、物理等性能需要适合人体，因此，注射系统部件材料的选用应当考虑医用高分子类材料。为了确保喷射的雾状效果，部件的精度偏差不能超过0.05mm，而且我们还需要对孔的形态进行特别的设计，同时，这个偏差还满足了模具制作的特别要求。
2.2.2 压缩系统的设计与加工
压缩系统的使用次数要确保超过并大于5000次，而且压缩的完成时间，每次都要低于1毫秒。关于该系统的关键技术是系统内压缩部件的结构形式和部件材料的使用与加工，同时这个也属于该项目的关键技术。
2.3 技术路线和可行性分析
2.3.1 注射器输药孔设计和加工以及作为动力源的弹簧的选定
这属于注射器机身设计最为重要的一个技术。我们先分析了流速、压力以及孔径，然后再把分析所得的数据计算一遍。最终，我们了解到若要实现注射液体高速流动进入到使用者的体内，我们需要确保该设备满足液流能够穿透的深度在3.2-9.1mm，使得液流在皮肤下面呈现形式为圆锥形，确保该圆锥形的直径在5-18mm，注射的时间不超过0.25秒。事实上，在一些盲人胰岛素无针注射器的案例中，无论是使用二氧化碳还是弹簧作为注射动力的提供源，我们都应当确保在注射的时候压力的平稳性，注射的量控制在1毫升内。因此，芯杆的实际行程，并非整个安瓶瓶的长度，而是安眈靠近喷射小孔端的→部分。通过分析计算，对施加于芯杆的压力进行设计。
2.3.2 加工方法
为了确保射流作业的有效性、能源的不浪费以及降低材料损耗，我们认为一款为使用者带来便利的喷嘴应当符合两个条件：①为了喷嘴不发生堵塞，我们在设计喷嘴时，应当确保喷嘴的压头损失不应太大，喷嘴喷出的流束所承受的卷吸作用不大，还有使得射流处于稳定的状态。②通过喷嘴喷射出来的流束，可以把压力很好地转换成对射流表面喷射的力量。
针型喷嘴的主要结构参数：
（1）喷孔直径
堵塞所造成的危险会降低，喷孔的直径短，对水的消耗减少，会提高堵塞造成的风险。将上面所说的两个方面结合起来，我们在设计喷孔直径的时候，应当把对水的消耗放在首位，而且还要选择其中最小的一个数值。然而会导致喷嘴堵塞，因此，我们需要考虑使用先过滤后进水的方式或者提高喷嘴的自我清洗等方法来把堵塞造成的风险降到最低。
（2）喷孔的长径比
喷孔的长度与直径的比值会对喷嘴的流量系数以及流动所受的阻力产生影响。比值的数值将会影响喷孔的类型，即喷孔是属于细长孔还是薄壁孔。喷孔的类型不同也会使得喷孔的水流呈现不一样的流动状态。依据流体力学的相关原理可知，细长孔的流量系数非常高，从而导致压力的能量非常稿，该能量为喷射速度能转换效率。
（3）喷嘴的出口扩散角与人口角
喷嘴流动阻力的大小受喷嘴的人口角制约，同時也是其制约的首要因素。倘若出口扩散角不大，那么在喷射的途中必将会产生液体附着在喷射壁上，并且会扰乱射流，降低了射流对作业面影响。
3.项目创新之处
我们把注射的那一部分设计成没有针头施加压力喷射液体的方式，极大程度的降低了传统针刺所带给盲人的苦痛。
我们把吸药的那一部分设计为滑动吸药，改掉了传统的旋转吸药方式，同时我们删除了转轮锁的步骤，改成了按下按钮为滑动吸药以及吸气，松开按钮就变成了锁扭的状态。
我们将剂量调节方式设计成了左右双向调节轮，同时把剂量窗口设计成了开放触摸形式，即上面设有盲文，为盲人带来了极大的便利。
4.结论
这是一款专门为盲人设计的一款无针胰岛素注射器。人类体内血糖的降低，胰岛素起着不可替代的作用。人类体内胰岛素的含量过多时，将会导致血糖的含量严重减少，从而引起病人出现肌肉震颤等不好的症状，严重时，甚至会导致病人惊厥，此时，病人没有得到抢救，就会去世。可想而知，若一个盲人患了糖尿病，如果无法控制胰岛素的注射量，对他们而言是多大的伤害。因此，我们为了盲人，把过去的胰岛素注射器找出来，进行再设计。本流程的每一个方面都设计的非常到位，我们确保该设计定会给盲人朋友带来极大的便利。
参考文献
[1] 论盲人产品设计的若干问题——以盲人用血压计产品设计为例[J].吴冷杰.美术大观.2011（05）
[2] 浅谈盲人生活助手设计[J].蔡学静，张剑，魏明欣.美术大观.2010（04）
[3] 现代产品符号创新设计方法研究[J].任立昭，尹翠君，蒲明辉，耿葵花，罗丛敏.包装工程.2013（02）
作者简介
李霞，女，籍贯：河北省清河县人，当前职称：副教授，学历：研究生，研究方向：产品设计。
注释：2017年辽宁省大学生创新创业训练计划资助项目，项目编号：20171 0149000213。