Brevet FR2802102A1 — publié le 20010615

Le domaine technique de l'invention est celui des seringues sans aiguille utilisées pour les ' ections hypodermiques ou intramusculaires de divers principes actifs pulvérulents à usage thérapeutique pour la médecine humaine ou vétérinaire. Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à une seringue sans aiguille mettant en oeuvre un genérateur de gaz destiné à créer une onde de pression pour éjecter les particules de principe actif. Un opercule claquable, place sur le chemin des gaz, permet d'obtenir le niveau de pression seuil permettant d'éjecter les particules avec une vitesse suffisamment élevée. En fait, la libération soudaine des gaz crée dans la seringue un choc thermodynamique et c'est l'onde de choc qui va porter et accélérer les particules afin de les expulser de la seringue. La spécificité de l'invention réside dans le fait que l'effet de l'onde de choc sur les particules de principe actif, est amélioré par la géometrie spécifique du tube d'éjection constituant la partie terminale de la seringue par laquelle sont expulsées lesdites particules. Les seringues sans aiguille fonctionnant par libération d'un gaz sous pression pour expulser des particules solides de principe actif ont ' à fait l'objet de plusieurs brevets. On peut citer en particulier la demande de brevet WO 94/24263, qui décrit une seringue sans aiguille fonctionnant par libération d'une réserve de gaz, pour entraîner les particules solides de principe actif initialement placees entre deux membranes transversales soufflables, elles-mêmes positionnées dans le tube d'éjection des particules, ledit tube d'éjection présentant une partie amont convergente et une partie aval cylindrique droite ou divergente. La caractéristique de cette seringue est que les deux membranes sont positionnées dans la partie convergente dudit tube, de sorte que la portion du tube située en aval du système de retenue des particules présente d'abord une partie convergente prolongee ensuite par une partie cylindrique droite ou divergente, dont l'extrémité est destinée à venir au contact de peau du patient à traiter. Les seringues sans aiguille conçues pour injecter des particules solides de principe actif doivent être encombrantes tout en restant très performantes, notion de performance étant étroitement liée à vitesse d'expulsion des particules dont la valeur minimum est de l'ordre de 750m/s. Il demeure particulièrement intéressant de pouvoir améliorer les performances d'une seringue sans aigui sans avoir à accroître sa source énergétique ou bien ses dimensions. Aussi, dans cette optique, il a été observé 'une configuration de seringue pour laquelle, d' part, l'espace libre, appelé aussi chambre d'expansion situé en aval de la source énergétique, présente corps cylindrique prolongé par une zone retrécissement débouchant dans un tube d'éjection cylindrique de section réduite, et, d'autre part, moyen de retenue des particules est situé à l'entrée dudit tube en continuité de ladite chambre, permet d augmenter significativement la vitesse des particules sans avoir à modifier les autres caractéristiques de seringue. Cette configuration optimisée, pour laquelle une augmentation significative des performances de seringue a été constatée, se démarque de celle décrite dans le brevet WO 94 24263 par le fait que le moyen retenue des particules est situé dans le tube d'éjection de section constante et non pas dans la zone rétrécissement de la chambre d'expansion. Les seringues sans aiguille selon l'invention présente ce perfectionnement. L'objet de la présente invention concerne une seringue sans aiguille comprenant successivement un générateur de gaz, une chambre d'expansion des gaz, un moyen de retenue des particules d'un principe actif comprenant au moins un opercule destiné à se rompre sous l'effet des gaz provenant dudit générateur, et un tube d'" ection desdites particules, caractérisée en que ledit tube présente une partie amont cylindrique dans laquelle est fixé le moyen de retenue des particules, ladite partie amont ayant une section sensiblement constante sur une longueur supérieure à deux fois son diamètre interne. Le générateur de gaz de la seringue sans aiguille selon l'invention peut, soit être un générateur de gaz pyrotechnique impliquant une charge pyrotechnique et son système d'initiation, soit faire intervenir une réserve de gaz sous pression. De façon générale, le générateur de gaz peut revêtir toutes les formes possibles, dès lors qu'il provoque une accumulation de gaz suffisante dans la chambre d'expansion pour provoquer la rupture de l'opercule Avantageusement, la chambre d'expansion des gaz est prolongée par ladite partie amont du tube et l'opercule, qui est l'élément le plus en amont du moyen de retenue des particules, constitue, de façon précise, la limite entre ladite chambre et ledit tube. De façon avantageuse, l'opercule est calibré pour céder à une pression dynamique dans la chambre d'au moins 70 bars et, préférentiellement, à une pression dynamique comprise entre 80 bars et 200 bars. Avantageusement, l'opercule est préfragmenté, de sorte qu'il est destiné à s'ouvrir en pétales sous l'effet de la poussée des gaz, sans émettre de particules. Préférentiellement, le tube d'éjection est un cylindre droit sur toute sa longueur. Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la chambre d'expansion des gaz est sensiblement cylindrique et son diamètre interne est voisin de celui du tube d'éjection. Préférentiellement, les diamètres de la chambre d'expansion et du tube d'éjection sont égaux à 12 mm. De façon avantageuse, rapport de la somme des longueurs de la chambre et du tube sur leur diamètre est compris entre 3 et 25, et préférentiellement entre 7 et 18. Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, la chambre d'expansion présente une forme sensiblement cylindrique prolongée par une zone de rétrécissement débouchant sur le tube d'éjection, de sorte que le diamètre interne dudit tube est inférieur au diamètre interne de la partie cylindrique de ladite chambre et l'opercule est fixé à l'entrée du tube d'éjection de diamètre réduit. De façon préférentielle, la zone de rétrécissement est progressive en ayant une forme de convergent de tuyère. En effet, le passage d'une configuration où les diamètres de la chambre et du tube sont identiques à une configuration pour laquelle le diamètre du tube est inférieur celui de la chambre, s'accompagne toujours d'un accroissement des vitesses d'éjection des particules de principe actif, et ce, pour une même source énergétique. I1 peut également être envisagé une zone de rétrécissement brusque, matérialisée par un épaulement interne marquant une cassure nette entre la chambre et le tube d'éjection. De façon avantageuse, le rapport du diamètre de la partie cylindrique de la chambre d'expansion sur le diamètre interne du tube d'éjection est compris entre 1,1 et 3, et préférentiellement entre 1,5 et 2. Avantageusement, le segment aval du tube, par lequel sont éjectées les particules, présente une partie conique divergente prolongée par une partie cylindrique droite dont l'extrémité libre vient au contact de la peau. De cette manière, cette partie divergente permet d'augmenter la surface de l'évent et donc de diminuer la pression en sortie de seringue sans réduire, de façon significative, la vitesse d'éjection des particules. De façon préférentielle, la partie cylindrique droite prolongeant la partie conique divergente dudit tube, a un diamètre identique celui de la partie cylindrique de la chambre. Selon l'un ou l'autre des deux modes de réalisation préférés de l'invention précédents, le rapport de la longueur du tube sur la longueur de la chambre est compris entre 1 et 5 et la somme de ces deux longueurs est comprise entre 8 cm et 15 cm. Préférentiellement, la longueur la chambre vaut 3,5 cm et celle du tube vaut 8,5 cm. Avantageusement, le diamètre des particules de principe actif est compris entre 20gm et 100gm et préférentiellement entre 50m 80um, et la masse totale dudit principe actif est comprise entre 1 mg et 10 mg et préférentiellement entre 2 mg et 7 mg. De façon avantageuse, les particules sont logées entre l'opercule et une membrane placée en aval dudit opercule. Préférentiellement, ladite membrane est fine, inélastique et transversale par rapport à l'axe du tube et présente des lignes de fragilisation pour s'ouvrir également en pétales. Avantageusement, le compactage des particules est compris entre 1% et 70%, et préférentiellement entre 10% et 50%. Le compactage se définit comme étant le rapport du volume total des particules sur le volume total du tube d'éjection compris entre l'opercule et la membrane. De façon préférentielle, la densité des particules de principe actif est comprise entre 1 et 18, et préférentiellement entre 3 et 10. En fait, c'est la combinaison des deux paramètres diamètre des particules et densité des particules qui va conditionner leur vitesse d'éjection. En théorie, la vitesse des particules est inversement proportionnelle à densité et au carré du diamètre. Par calcul et par essais, il a été montré que des particules de petit diamètre peuvent avoir des densités élevées sans pour autant affecter, de façon significative, leur vitesse. revanche, si les particules ont une taille importante tout en ayant une densité également importante, le risque à redouter est que l'onde de choc, issue de 'opercule qui se déchire, traverse ces particules à forte inertie, sans véritablement les porter tout le long de leur trajet, avec pour conséquence majeure une décélération des particules par rapport aux gaz 'entraînement, et en définitive, une vitesse d'impact sur la peau trop faible pour permettre leur pénétration De façon avantageuse, la partie amont cylindrique tube d'éjection présente une section sensiblement constante sur une longueur supérieure à trois fois demi son diamètre interne. Avantageusement, le générateur de gaz comporte reserve de gaz comprimé pouvant être mise en communication avec la chambre d'expansion des gaz. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, genérateur de gaz est un générateur pyrotechnique impliquant une charge pyrotechnique et un dispositi initiation de ladite charge. Les seringues sans aiguille selon l'invention présentent l'avantage de posséder un niveau de performance accru, en terme de vitesse d'expulsion des particules, sans avoir à augmenter ni leur source energétique ni leur encombrement. De plus, la géométrie particulière du tube 'éjection appartenant aux seringues sans aiguille selon l'invention, reste très simple et ne nécessite donc pas un usinage sophistiqué, long et coûteux. Enfin, les seringues sans aiguille selon l'invention demeurent aussi efficaces, qu'elles fonctionnent avec un générateur de gaz pyrotechnique, ou à partir d'un générateur impliquant une reserve de gaz comprimé. on donne, ci-après, la description détaillée de trois modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux figures 1 à 3. La figure 1 est une vue en coupe axiale longitudinale d'une seringue sans aiguille selon l'invention pour laquelle les diamètres la chambre d'expansion et du tube d'éjection sont identiques. La figure 2 est un schéma en coupe axiale longitudinale d'une chambre d'expansion presentant une zone de rétrécissement prolongée par un tube d'éjection cylindrique droit. La figure 3 est un schéma en coupe axiale longitudinale d'une chambre d'expansion analogue à celle de la figure 2 pour laquelle le tube d'éjection présente une partie terminale divergente. En se référant à la figure 1, une seringue sans aiguille 1 selon l'invention comprend successivement un génerateur de gaz pyrotechnique 2, une chambre d'expansion 3 munie d'un filtre 4, un système de retenue 5 particules et le tube d'éjection 6 desdites particules destiné à venir en appui contre la peau du patient à traiter. Préférentiellement, cette mise en appui peut être facilitée par un bourrelet 7 amortissant situé à l'extrémité dudit tube 6. La chambre d'expansion 3 des gaz ainsi que le canal interne du tube d'éjection 6 sont sensiblement de forme cylindrique et ont tous les deux le même diamètre. Le système de retenue 5 des particules qui marque la frontière entre la chambre 3 et le tube 6 est constitué par un opercule claquable 8 et une membrane légère 9 placée en aval dudit opercule, ces deux éléments étant parallèles entre eux, en position transversale par rapport à l'axe du tube 6 et fixés tous les deux audit tube 6. Les particules de principe actif occupent l'espace délimité par ces deux éléments, avec un taux de compactage préférentiellement compris entre 1% et 70%. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la longueur de la chambre 3 est de 3,5 cm, la longueur du tube d'éjection 6 est de 8,5 cm et leur diamètre vaut 0,8 cm. L'opercule claquable, qui est situé du coté de la chambre d'expansion 3, est calibré pour se rompre à une pression dynamique au moins égale à 70 bars et la membrane 9, quant à elle, sert uniquement de maintien aux particules, sans présenter le moindre caractère résistance vis à vis des gaz produits. Avantageusement, ladite membrane 9 est fine et inélastique et présente, comme l'opercule 8, des lignes d'affaiblissement définissant un motif étoilé pour permettre une ouverture en pétales, sans risquer de provoquer un morcellement désordonné pouvant conduire la production de morceaux parasites. Selon un autre mode de réalisation, la membrane 9 peut être remplacée par une grille transversale également fixée à l'intérieur du tube 6 et contenant, insérées dans ses interstices, les particules de principe actif. Par rapport au sens de propagation des gaz émis, l'opercule 8 reste en amont de ladite grille. La chambre d'expansion 3 possède à son extrémité la plus proche du générateur pyrotechnique 2 de gaz un filtre 4 transversal destiné, d'une part, à piéger certaines particules solides issues de la combustion et, d'autre part, à refroidir les gaz avant qu'ils n'entrent dans ladite chambre 3. Avantageusement, ledit filtre 4 est constitué d'un empilement de grilles métalliques avec un pas de plus en plus rapproché et se terminant une feuille de papier céramique. Ce filtre 4 permet à la température des gaz de ne excéder 1500 K dans la chambre d'expansion 3, de façon à ne pas altérer les particules de principe actif disposées dans leur logement. Le générateur pyrotechnique 2 de gaz comprend un dispositif d initiation de la charge pyrotechnique 10 faisant intervenir un dispositif de percussion et une amorce 11. dispositif de percussion, qui est déclenché par un bouton poussoir 12, comprend un ressort 13 et une masselotte 14 munie d'un percuteur 15. La masselotte 14 bloquée par au moins une bille 16 coincée entre ladite masselotte 14 et le bouton poussoir 12 et ledit bouton poussoir 12 possède une gorge interne 17 circulaire. En se référant à la figure 2, selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, la seringue sans aiguille comprend successivement un générateur pyrotechnique de gaz non représenté sur la figure, une chambre d'expansion 23 des gaz, un moyen de retenue des particules constitué également par un opercule claquable 28 et une membrane 29 placée en aval dudit opercule, et un tube d'éjection 26 desdites particules. La chambre 23 possède un filtre 24 ayant les mêmes fonctions que celles décrites pour le premier mode de realisation preféré de l'invention, à savoir, capture des particules solides indésirables et refroidissement gaz de combustion. Selon ce mode de réalisation preféré de l'invention, la seringue possède le même générateur de gaz pyrotechnique que celui décrit succinctement pour le premier mode de réalisation préféré de l'invention. La principale différence avec le premier mode de réalisation ci-avant décrit, réside dans le fait que le tube d'éjection 26 a un diamètre interne réduit, inferieur à celui de la chambre d'expansion 23. Plus précisément, la chambre d'expansion 23 présente forme sensiblement cylindrique prolongée par une zone de rétrécissement 30 progressive débouchant sur le tube d'-ection 26 à l'entrée duquel les particules de principe actif sont logées, entre l'opercule 28 et la membrane 29. Selon le deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, plusieurs configurations ont été étudiées, et notamment celles pour lesquelles la zone de rétrécissement est progressive en prenant la forme d'un convergent de tuyère, et celles pour lesquelles la zone de rétrécissement est brusque, matérialisée par un épaulement interne. Le tableau 1 ci-après résume les configurations étudiées. CONFIGURATION DESCRIPTION Nominal - Ochambre = 8mm - O tube = 8 mm Dcc 12 - Ochambre = 12 mm - Otube = 8 mm - Ochambre = 16 mm Dcc 16 - Qstube = 8 mm - zone de rétrécissement : brusque - Ochambre = 12 mm Cvg D12 - Otube = 8 mm - zone de rétrécissement : progressive - Ochambre = 12 mm Cvg D12-Opt - Otube = 8 mm - zone de rétrécissement : progressive - configuration optimisée - Ochambre = 16 mm Cvg D16-Opt - Otube = 8 mm - zone de rétrécissement : progressive - configuration optimisée TART,RA 1 1 : configurations étudiées. Dcc = zone de rétrécissement brusque : un épaulement interne marque la limite entre la chambre et le tube Cvg = zone de rétrécissement progressive forme de convergent de tuyère Opt = configuration optimisée = configuration pour laquelle la somme de la longueur de la chambre et du tube est égale à 10 cm Nominal = la chambre et le tube ont le même diametre. La courbe 1, ci-après, donne les résultats obtenus en terme de vitesse des gaz et des particules en sortie de tube, pour chaque configuration étudiée. enurhe i : vitesse des gaz et des particules en sortie du tube. Le tableau 2 ci-après, présente pour chaque configuration, les écarts relatifs de vitesse moyenne des particules, entre les configurations étudiées et la configuration nominale. v Nominal 0 Dcc 12 + 10,6% Dcc 16 + 9,1% Cvg D12 + 10,6% Cvg D12-Opt + 23% Cvg -Opt + 25% TABLEAU : gain en vitesse relative obtenu pour chaque configuration. Av = différence entre la vitesse obtenue pour configuration considérée et celle obtenue pour la configuration nominale v = vitesse nominale résultats montrent clairement que, quelle soit la forme de la zone de rétrécissement de la chambre d'expansion, qu'elle soit brusque ou progressive, il y a un gain de la vitesse des particules en sortie de tube d'éjection par rapport à la configuration nominale. De plus, il est important de souligner que ce gain est significatif puisqu'il peut atteindre une valeur de 25% pour une configuration optimisée. Préférentiellement, la somme des longueur de la chambre 23 et du tube 26 vaut 10 cm et les diamètres de la chambre 23 et du tube 26 valent respectivement 1,2 cm et 0,8 cm. Préférentiellement, la zone de rétrécissement 30 a la forme d'un convergent de tuyère et sa longueur vaut 0,6 cm. Pour un générateur de gaz pyrotechnique donné, la configuration pour laquelle la section du tube 26 est inférieure à celle de la chambre 23 est plus performante, en terme de vitesse d'émission de particules de principe actif, que celle pour laquelle la chambre 3 et le tube 6 sont en continuité l'un de l'autre avec le même diamètre. En se référant à la figure 3, selon un troisième mode de réalisation préféré l'invention, la seringue sans aiguille comprend successivement un générateur pyrotechnique de gaz non représenté sur la figure, une chambre d'expansion 43 des gaz, un moyen de retenue des particules constitué également par un opercule claquable 48 et une membrane 49, et un tube d'éjection 46 desdites particules. La chambre 43 possède un filtre 44 ayant les mêmes fonctions que celles décrites précédemment. Le tube d'éjection 46 a un diamètre réduit inférieur à celui de la chambre d'expansion 43, ladite chambre 43 présentant une forme sensiblement cylindrique prolongée par une zone de rétrécissement 50 progressive débouchant sur le tube d'éjection 46. Le système de retenue des particules est situé au même endroit que celui précisé dans la description du deuxième mode de réalisation préféré de l'invention. La différence fondamentale avec le deuxième mode de réalisation préféré de l'invention est que le segment aval du tube 46 par lequel sont éjectées les particules présente une partie conique divergente 51 prolongée par une partie cylindrique droite 52 dont l'extrémité libre vient au contact de la peau du patient à traiter. Cet évasement terminal constitue un évent pour la surpression produite dans le tube 46 et a pour fonction principale de disperser la pression résiduelle en sortie de seringue, de façon diminuer toute sollicitation indésirable pouvant être néfaste pour le patient. Cette chute de pression n'affecte pratiquement pas la vitesse des particules au moment elles vont impacter la peau. Les caractéristiques dimensionnelles du deuxième mode de réalisation de l'invention sont conservées pour ce troisième mode de réalisation, en précisant en plus que la longueur de la zone conique divergente 51 du tube 46 vaut approximativement 0,8 cm. Avantageusement, la partie cylindrique droite 52 prolongeant la partie conique divergente 51 dudit tube 46 a un diamètre identique à celui de la partie cylindrique de la chambre 43, ledit diamètre valant approximativement 1,2 cm. Une telle configuration, par rapport la même configuration sans partie terminale divergente, permet de faire chuter la pression de 35% en sortie du tube 46. Revendications 1. Seringue sans aiguille comprenant successivement un générateur de gaz (2), une chambre (3, 23, 43) d'expansion des gaz, un moyen de retenue des particules d'un principe actif comprenant au moins un opercule destiné à se rompre sous l'effet des gaz provenant dudit générateur, et un tube d'éjection (6, 26, 46) desdites particules, caractérisée en ce que ledit tube (6, 26, 46) présente une partie amont cylindrique dans laquelle est fixé le moyen de retenue des particules, ladite partie amont ayant une section sensiblement constante sur une longueur supérieure deux fois son diamètre interne. 2. Seringue sans aiguille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre d'expansion (3, 23, 43) est prolongée par ladite partie amont du tube (6, 26, 46) et l'opercule (8, 28, 48) qui est l'élément le plus en amont du moyen de retenue des particules constitue la limite entre ladite chambre (3, 23, 43) et ledit tube (6, 26, 46). . Seringue sans aiguille selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'opercule (8, 28, 48) est calibré pour céder à une pression dynamique dans la chambre (3, 23, 43) d'au moins 70 bars. . Seringue sans aiguille selon la revendication 2, caractérisée en ce que le tube d'éjection (6) est un cylindre droit. 5. Seringue sans aiguille selon la revendication 4, caractérisée en ce que la chambre d'expansion (3) des gaz est sensiblement cylindrique et son diamètre interne est voisin de celui du tube d'éjection (6). 6. Seringue sans aiguille selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le rapport de la somme des longueurs de la chambre (3 et du tube (6) sur leur diamètre est compris entre 3 et 25. 7. Seringue sans aiguille selon l'une quelconque des revendications 2 ou 4, caractérisée en ce la chambre d'expansion (23) présente une forme sensiblement cylindrique prolongée par une zone de rétrécissement (30) débouchant sur le tube d'éjection (26), de sorte que le diamètre interne dudit tube (26) est inférieur au diamètre interne de la partie cylindrique de ladite chambre (23) et l'opercule (28) est fixé dans tube d'éjection (26) de diamètre réduit. 8. Seringue sans aiguille selon la revendication 7 caractérisée en ce que la zone de rétrécissement (30) progressive en ayant une forme de convergent de tuyère. 9. Seringue sans aiguille selon la revendication caractérisée en ce que le rapport du diamètre la partie cylindrique de la chambre d'expansion (23) le diamètre interne du tube d'éjection (26) est compris entre 1,1 et 3. 10. Seringue sans aiguille selon la revendication caractérisée en ce que le rapport du diamètre la partie cylindrique de la chambre d'expansion (23) sur le diamètre interne du tube d'éjection (26) est compris entre 1,5 et 2. 11. Seringue sans aiguille selon l'une quelconque revendications 2 ou 7, caractérisée en ce que le segment aval du tube (46), par lequel sont éjectées les particules, présente une partie conique divergente (51) prolongée par une partie cylindrique droite ) dont l'extremité libre vient au contact de la peau. . Seringue sans aiguille selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5, 7 ou 11, caractérisee en ce que le rapport de la longueur du tube (6, 26, 46) sur la longueur de la chambre (3, 23, 43) est compris entre 1 et 5 la somme de ces deux longueurs est comprise entre cm et 15 cm. . Seringue sans aiguille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre des particules de principe actif est compris entre 20m et 100m et la masse totale dudit principe actif est comprise entre 1 mg 10 mg. . Seringue sans aiguille selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 13, caractérisée en ce que les particules sont logées entre l'opercule (8, 28, 48) et une membrane (9, 29, 49) placée en aval dudit opercule (8, 28, 48). . seringue sans aiguille selon l'une quelconque revendications 1, 2, 13 ou 14, caractérisée en ce que le compactage des particules est compris entre 1% et 70%. . Seringue sans aiguille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la densité des particules est comprise entre 1 et 18. . Seringue sans aiguille selon l'une quelconque revendications 1, 2, 4, 5, 6 ou 7, caractérisée en ce que la partie amont cylindrique du tube d'éjection (6, 26, 46) présente une section sensiblement constante sur une longueur supérieure à trois fois demi son diamètre interne. . Seringue sans aiguille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le générateur de comporte une reserve de gaz comprimé pouvant être mise en communication avec la chambre d'expansion (3 , 43). . Seringue sans aiguille selon la revendication 5, caractérisée en ce que les diamètres de chambre d'expansion (3) et du tube d'éjection (6) sont égaux à 12 mm.