基于电致微气泡的无针注射技术及冲击波反射增强方法的研究

《Cyborg and Bionic Systems》：Development of Repetitive Mechanical Oscillation Needle-Free Injection through Electrically Induced Microbubbles

本研究针对传统无针注射技术的局限性，提出了一种基于电致微气泡的无针注射方法，并通过冲击波反射技术显著提高了药物注射深度，为无针注射技术的发展提供了新的思路和方法。

　　无针注射技术因其避免了传统针头注射带来的交叉感染风险而备受关注。然而，现有的无针注射技术大多依赖高压水射流，存在灵活性差、流体控制困难和交叉污染等问题。为解决这些问题，研究人员提出了一种基于电致微气泡的无针注射方法，并进一步通过冲击波反射技术来增强其注射深度和效果。该研究由国内研究机构开展，其成果发表在《Cyborg and Bionic Systems》上，为无针注射技术的发展提供了新的方向。

在传统无针注射技术中，药物通常通过高压水射流穿透皮肤进入体内。然而，这种方法存在诸多局限性，如注射深度难以控制、流体喷射方向难以精确调节以及存在交叉污染的风险。为了克服这些缺点，研究人员开发了一种基于电致微气泡的无针注射系统。该系统通过在电极尖端施加高电压产生微气泡，微气泡的动态变化（包括膨胀和坍缩）会产生微射流和冲击波，从而实现组织穿孔和药物注射。此外，研究人员还引入了一种半椭球形反射器来反射冲击波，以增强注射效果。

在研究中，研究人员采用了以下关键技术方法：

1. 电致微气泡生成技术：通过高电压电场在电极尖端产生微气泡，并研究其动力学过程。
2. 冲击波反射技术：设计并使用半椭球形反射器来反射微气泡坍缩产生的冲击波，以增强组织穿孔和药物注射效果。
3. Schlieren摄影技术：用于观察和记录微气泡坍缩产生的冲击波及其反射情况。
4. 组织注射实验：使用鸡胸肌组织作为实验对象，评估注射深度和伤口面积等指标。

在实验中，研究人员发现，电致微气泡的动态变化能够有效地穿透组织并实现药物注射。通过施加不同功率的高电压，可以调节微气泡的大小和动力学特性，从而影响注射深度。实验结果显示，在没有使用反射器的情况下，注射深度随着功率的增加而增加，但在功率超过35 W时，存在电击风险。当使用反射器时，注射深度显著增加，尤其是在功率为25 W时，注射深度从250 μm增加到570 μm。这表明反射器能够有效地反射冲击波，增强其对组织的穿孔能力。

此外，研究人员还发现，注射深度和伤口面积与微气泡生成器尖端到组织表面的距离以及施加的脉冲次数有关。当距离为5 mm时，注射深度和伤口面积最大；而当距离增加到20 mm时，注射效果显著下降。同样，增加脉冲次数可以提高注射深度和伤口面积，但当脉冲次数超过一定值后，效果不再显著。

在讨论部分，研究人员指出，尽管冲击波反射技术能够显著提高注射深度，但同时也导致伤口面积增大。这可能不利于药物在组织内的滞留。因此，未来的研究需要进一步优化冲击波反射技术，以在提高注射深度的同时减少伤口面积。此外，研究人员还提到，电致微气泡技术具有成本低、操作简便等优点，有望在临床医学中得到广泛应用。

综上所述，本研究提出了一种基于电致微气泡的无针注射技术，并通过冲击波反射技术显著提高了注射深度。该技术为无针注射领域提供了新的思路，有望在未来的临床应用中发挥重要作用。