การออกแบบช่องไมโครของเข็มฉีดยาใต้ผิวหนัง

https://www.mycomedical.com/post/hypodermic-เข็ม-และ-เข็มฉีดยา

มุมหลัก:​ ผลกระทบของเข็มเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน ความยาว และความหนืดของของเหลวต่อความต้านทานการฉีดและประสิทธิภาพการส่งยา

เมื่อพูดถึงหลักการทำงานของเข็มฉีดยาใต้ผิวหนัง เรามักจะนึกถึงกระบวนการทางกลในการเจาะผิวหนังเป็นอันดับแรก อย่างไรก็ตาม จากมุมมองทางวิศวกรรมที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น แกนกลางอยู่ที่การสร้างช่องของเหลวขนาดไมครอน-เพื่อให้การส่งผ่านของเหลวมีประสิทธิภาพและควบคุมได้ เบื้องหลังคือชุดตรรกะกลศาสตร์ของไหลที่แม่นยำ

เข็มไฮโปเดอร์มิกแบบมาตรฐานมักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในตั้งแต่ 0.1 มม. ถึง 1.2 มม. ตามกฎของฮาเกิน-ปัวซอยย์ อัตราการไหลของของไหลเป็นสัดส่วนกับกำลังที่สี่ของรัศมีท่อ ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในจะเพิ่มขึ้นสองเท่า ปริมาณของของเหลวที่สามารถผ่านไปได้ต่อหน่วยเวลาจะเพิ่มขึ้นสิบหกเท่า นี่คือเหตุผลว่าทำไมแพทย์จึงเลือกเข็มที่หนากว่าเมื่อวาดยาที่มีความหนืดสูง (เช่น ยาเตรียมที่มีน้ำมันเป็นส่วนประกอบหลัก{{5}) หรือฉีดยาเข้าหลอดเลือดดำอย่างรวดเร็ว ในทางกลับกัน เพื่อลดความเจ็บปวด การฉีดวัคซีนมักจะใช้เข็มที่ละเอียดมาก แต่ก็หมายความว่าหัวฉีดจะต้องออกแรงกดมากขึ้น ไม่เช่นนั้นความเร็วในการฉีดจะช้าลง

นอกเหนือจากเส้นผ่านศูนย์กลางภายในแล้ว ความยาวของเข็มยังส่งผลโดยตรงต่อความต้านทานการไหลอีกด้วย เข็มที่ยาวกว่าหมายถึงเส้นทางเสียดสีที่ยาวขึ้น มีความเป็นไปได้สูงที่โมเลกุลของเหลวจะชนกับผนังท่อ และสูญเสียพลังงานมากขึ้น นี่คือสาเหตุที่เข็มที่ใช้ฉีดเข้ากล้ามลึกมักจะยาวและหนากว่าเข็มฉีดใต้ผิวหนัง เพื่อให้แน่ใจว่ามีแรงดันเพียงพอที่จะส่งยาไปยังเนื้อเยื่อเป้าหมาย

นอกจากนี้ รูปทรงของปลายเข็มไม่ได้เป็นเพียงเรื่องของ "ความคม" เท่านั้น เข็มสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การออกแบบแบบ "เอียง-" โดยมีการคำนวณมุมเอียงอย่างแม่นยำ เมื่อปลายเข็มเจาะผิวหนัง มุมเอียงนี้จะทำหน้าที่เหมือนลิ่มขนาดเล็ก- ซึ่งจะแยกเส้นใยเนื้อเยื่อได้ราบรื่นยิ่งขึ้น แทนที่จะฉีกขาดเหมือนเครื่องมือทื่อ การออกแบบนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดความเจ็บปวดของผู้ป่วยเท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือสร้างช่องทางการเจาะที่สม่ำเสมอมากขึ้น ทำให้เส้นทางการฉีดยาที่ตามมามีความราบรื่นยิ่งขึ้น และลดแรงดันย้อนกลับเพิ่มเติมที่เกิดจากการกดทับของเนื้อเยื่อ

เทคโนโลยี "การเคลือบซิลิโคน" ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีระหว่างเข็มและเนื้อเยื่อ รวมถึงลดความปั่นป่วนเมื่อของเหลวไหลภายในท่อ ชั้นฟิล์มซิลิโคนที่สม่ำเสมอนั้นเหมือนกับการวาง "พื้นผิวน้ำแข็ง" ไว้ที่ผนังด้านในของท่อเข็ม ซึ่งช่วยให้ยาไหลได้อย่างราบรื่นและเงียบยิ่งขึ้น-ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการฉีดยาชาหรือสารทึบแสงที่ต้องมีการควบคุมอัตราการไหลที่แม่นยำ

ดังนั้นการทำงานของเข็มไฮโปเดอร์มิกจึงไม่ใช่เรื่องง่ายในการ "แทงเข้าและดันออก" เป็นการประยุกต์ใช้กลศาสตร์ของไหล กลศาสตร์ของวัสดุ และกายวิภาคของมนุษย์ในระดับจุลภาคอย่างครอบคลุม การฉีดที่ประสบความสำเร็จทุกครั้งแสดงถึงความสมดุลที่สมบูรณ์แบบของความดัน อัตราการไหล ความต้านทาน และการปฏิบัติตามเนื้อเยื่อ