為解決上述問題，本項目在應(yīng)用電磁驅(qū)動技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)射流特性可控的無針注射技術(shù)。根據(jù)不同人群、不同部位、不同藥物的注射要求，實現(xiàn)藥物的可控輸送，最大限度地提高藥物的輸送效率和吸收效率，減少相關(guān)藥物的用量，對于減少疫苗接種和治療藥物的使用成本、減輕病患負擔、減少財政支出具有十分重要的意義。

本項目以音圈電機作為無針注射的動力源，開展射流特性調(diào)控算法的研究，研制一套射流特性可控的無針注射原型系統(tǒng)及測試平臺。該系統(tǒng)以可編程控制器為核心，其內(nèi)部嵌入預(yù)先設(shè)計好的射流特性控制驅(qū)動算法，在控制輸入的作用下調(diào)節(jié)音圈電機的輸出力，從而實現(xiàn)對射流速度與壓力的控制。

(1)建立電場-磁場-流場耦合的音圈電機驅(qū)動的無針注射系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。分析了恒定電壓、電容放電和脈寬調(diào)制電容放電的三種供電方式下的射流，發(fā)現(xiàn)三種供電方式下的射流特性具有相似的變化特征。其中，脈寬調(diào)制電容放電的供電方式可通過改變脈寬的長度來調(diào)節(jié)射流的峰值滯止壓力。

(2)根據(jù)脈寬調(diào)制電容放電的無針注射數(shù)學(xué)模型，提出基于脈寬調(diào)制的分段射流控制算法和基于模糊 PID 閉環(huán)控制到開環(huán)控制遷移的射流控制算法，通過仿真分析驗證了兩種射流控制算法的可行性。

(3)開發(fā)一套音圈電機驅(qū)動的射流特性可控型無針注射原型系統(tǒng)，包括機械平臺、硬件電路、下位機控制軟件及上位機測試軟件。

(4)完成音圈電機驅(qū)動的射流特性可控型無針注射原型系統(tǒng)的射流沖擊力實驗和藥液擴散實驗。射流沖擊力實驗表明，兩種射流控制算法實驗結(jié)果與仿真得到的射流沖擊力曲線基本一致。無針注射藥液擴散實驗結(jié)果表明，兩種射流控制算法下的藥液擴散效果均明顯優(yōu)于無控制算法下的效果，其中模糊 PID 閉環(huán)控制到開環(huán)控制遷移的射流控制算法效果更優(yōu)。

圖1 成果展示

以可編程控制器為核心，其內(nèi)部嵌入預(yù)先設(shè)計好的射流特性控制驅(qū)動算法，在控制輸入的作用下調(diào)節(jié)音圈電機的輸出力，從而實現(xiàn)對射流速度與壓力的控制。以適應(yīng)不同人群和不同藥液的無針注射的需要。

已完成原理樣機、測試平臺軟硬件的研制。進行了不同控制參數(shù)下射流曲線測試實驗；以明膠、豬皮為對象，進行了體外注射擴散實驗。

市場前景：

可應(yīng)用于人類疫苗接種、胰島素注射、皮膚病治療、美容等場合。亦可在養(yǎng)殖場及寵物醫(yī)院應(yīng)用于動物的疫苗注射。

（1）以胰島素注射為例，2019 年全球糖尿病患者已經(jīng)達到 4.63 億；預(yù)計到 2030 年，糖尿病患病人數(shù)可達到 5.78 億。可見需要胰島素注射的人群非常龐大，無針注射器的潛在市場十分巨大。

（2）以疫苗接種為例，目前計劃免疫市場容量巨大，且隨著流行病的日益增多，針對不同病毒的疫苗接種需求日益增多，形成了越來越大的疫苗接種市場，從而會帶動無針注射器需求的激增。

本項目開發(fā)的注射過程可控的無針注射器，可以適應(yīng)不同人群、不同藥物或疫苗的無針注射，因而，具有十分廣闊的市場應(yīng)用前景。

發(fā)展規(guī)劃：

擬尋找合作單位，以為合作單位提供技術(shù)開發(fā)和技術(shù)服務(wù)的方式，深入研究可控型無針注射器的系統(tǒng)建模、控制算法、產(chǎn)品原型設(shè)計與開發(fā)、體外實驗等環(huán)節(jié)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

合作方式：