Brevet FR2875413A1 — publié le 20060324

Le domaine technique de l'invention est celui des seringues sans aiguille pré-remplies et jetables, fonctionnant avec un générateur de gaz, et utilisées pour les injections intradermiques, sous-cutanées et intramusculaires, de principe actif liquide à usage thérapeutique en médecine humaine ou vétérinaire. Pour les dispositifs d'injection selon l'invention, un principe actif liquide est constitué par un liquide plus ou moins visqueux, ou un mélange de liquide, ou un gel. Le principe actif peut être un solide mis en solution dans un solvant approprié pour l'injection. Il peut également être représenté par un solide pulvérulent mis en suspension plus ou moins concentré dans un liquide approprié. La granulométrie du principe doit être compatible avec le diamètre des conduits pour éviter les bouchages. L'utilisation d'une charge pyrotechnique pour ce type de seringue existe déjà et a fait l'objet de plusieurs brevets. A titre d'exemple, on peut citer le brevet US 2,322,244 relatif à un injecteur hypodermique sans aiguille fonctionnant à partir d'une cartouche à blanc. Le liquide à injecter, étant placé au contact de la cartouche, est expulsé de l'injecteur sous l'effet de la pression générée par les gaz de combustion. Un autre brevet, le WO 98/31409, décrit un système d'injection hypodermique impliquant une charge pyrotechnique constituée d'un explosif ou d'une poudre. La spécificité de cet injecteur est qu'il est conçu pour tenter de régler les problèmes liés à la cinétique d'expulsion du principe actif liquide, non pas en jouant sur les caractéristiques de la composition pyrotechnique, mais en présentant une géométrie particulière définissant notamment une chambre annexe d'expansion des gaz munie d'un évent. La charge pyrotechnique, qui se trouve à proximité immédiate du principe actif liquide, agit directement et instantanément sur ledit principe en lui communiquant une vitesse initiale très élevée, tandis que les gaz envahissent la chambre principale et la chambre annexe. La pression exercée sur le principe actif décroît alors pour venir se fixer à une valeur à peu près constante, suffisante pour le faire pénétrer dans la peau du patient. La chambre annexe permet de réguler cette pression. Le brevet US 2,704,542 se rapporte à une méthode d'injection par jet liquide. Cette méthode ne fait pas spécifiquement intervenir une charge pyrotechnique, mais implique un dispositif destiné à maîtriser les profils de pression. En l'occurrence, le procédé mis en place pour atteindre cet objectif réside dans le coulissement, en deux temps, d'un piston en deux parties constitué par un cylindre central de faible section logé dans un cylindre creux. Une pression amont provoque d'abord un déplacement de faible amplitude du cylindre central pour communiquer une impulsion brève mais très intense sur le liquide à expulser, puis l'ensemble du piston se déplace pour continuer à expulser ledit liquide, à la pression idoine, pour assurer une bonne pénétration. Afin de maîtriser les profils de pression sans avoir à modifier les caractéristiques géométriques de l'injecteur, il a été proposé dans le brevet FR 2 807 946 de réaliser un injecteur sans aiguille muni d'un générateur de gaz impliquant une charge pyrotechnique constituée par le mélange d'une poudre lente avec une poudre rapide. La poudre rapide assure une montée brutale de la pression afin de communiquer au principe actif une vitesse suffisante pour pénétrer à travers la peau et la poudre lente étant choisie pour garantir une profondeur d'injection une fois que la peau a été percée. La demande de brevet américaine US 2002/0161329 évoque également l'utilisation de deux poudres dans un dispositif d'injection lesdites poudres ayant des caractéristiques de combustion différentes. En revanche, dans l'état de la technique il n'existe pas d'injecteurs sans aiguille qui fassent intervenir une charge pyrotechnique constituée par la combinaison d'une matière énergétique centrale et d'une matière énergétique périphérique ayant des vitesses de combustion différentes. En effet, par ce biais, la charge pyrotechnique qui peut être monolithique ou divisée en plusieurs grains, conserve une grande homogénéité au niveau de la répartition géométrique des deux types de matière énergétiques, conférant ainsi aux dispositifs d'injection selon l'invention un caractère de grande fiabilité et de reproductibilité dans la maîtrise des profils de pression. Cette géométrie particulière de la charge pyrotechnique est issue de procédés de fabrication simples, déjà éprouvés et très bien maîtrisés. Pour la suite de la description le terme "matière énergétique" regroupe indifféremment toutes les substances pyrotechniques aptes à brûler, que ce soit de la poudre pour arme ou de chasse, du propergol voire même des explosifs. L'objet de la présente invention concerne un dispositif d'injection sans aiguille comprenant un générateur de gaz pyrotechnique, au moins un piston, une réserve de principe actif liquide et une buse d'injection caractérisé en ce que ledit générateur comprend une charge pyrotechnique constituée d'une matière énergétique centrale entourée par une deuxième matière énergétique périphérique, les deux matières énergétiques ayant des vitesses de combustion différentes. Préférentiellement, le générateur de gaz comprend un système d'allumage permettant d'initier en combustion la matière énergétique périphérique, de sorte que le front de combustion évolue de la périphérie de la charge pyrotechnique vers son centre. Avec une telle charge pyrotechnique et un tel système d'allumage et en fonction des compositions choisies pour les deux matières énergétiques, il peut être envisagée une multiplicité de débits liquides à la sortie de la buse d'injection. Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la matière énergétique périphérique est sélectionnée parmi les compositions qui brûlent très lentement de sorte qu'elle engendre un retard pyrotechnique plus ou moins important pour la combustion de la matière énergétique centrale. Selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, la matière énergétique périphérique est sélectionnée parmi les compositions qui brûlent très rapidement de sorte que la combustion de ladite matière engendre instantanément un pic de pression de forte intensité permettant de favoriser la perforation de la peau. Les systèmes d'allumage retenus pour les dispositifs d'injection selon l'invention ont des caractéristiques conventionnelles largement éprouvées et peuvent faire intervenir, par exemple, soit un fil chaud parcouru par un courant électrique soit une amorce pouvant être initiée électriquement ou par percussion. Les deux matières énergétiques ayant des caractéristiques de combustion différentes, le principe de ce type de charge pyrotechnique est d'induire un double régime de combustion entraînant au moins deux phases distinctes au niveau de la variation de pression en sortie de buse d'injection, permettant de résoudre le double problème de la pénétration du principe actif à travers la peau et de la maîtrise de la profondeur d'injection une fois que la peau a été percée. Avantageusement, la matière énergétique périphérique se trouve à l'état solide de sorte qu'elle constitue une enveloppe pour la matière énergétique centrale. De façon préférentielle, les deux matières énergétiques sont au contact l'une de l'autre de façon à ce que le front de combustion se transmette d'une matière énergétique à l'autre. Avantageusement, la totalité de la surface externe de la matière énergétique centrale est au contact de la surface interne de la matière énergétique périphérique. Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la charge pyrotechnique est une poudre composée de plusieurs grains, chaque grain étant constitué d'une matière énergétique centrale entourée par une matière énergétique périphérique, les deux matières énergétiques ayant des vitesses de combustion différentes. Avantageusement, le générateur de gaz comporte une seule charge pyrotechnique constituée par une poudre, et la matière énergétique périphérique possède une vitesse de combustion supérieure à celle de la matière énergétique centrale. De cette manière, en début de combustion, la pression croît rapidement pour atteindre une valeur seuil, puis une fois que la matière énergétique centrale commence à brûler la pression décroît pour se stabiliser à une valeur prédéterminée inférieure à la valeur seuil ci-avant mentionnée. La pression seuil initiale permet au principe actif de percer la peau du patient à traiter, tandis que la pression obtenue lors de la phase suivante permet au principe actif de pénétrer à travers la peau du patient à une profondeur donnée. Inversement, il peut être choisi une matière énergétique périphérique ayant une vitesse de combustion inférieure à celle de la matière énergétique centrale pour introduire un retard pyrotechnique par rapport à la mise en combustion de la matière énergétique centrale. Selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, le générateur de gaz est composé par un mélange de deux poudres ayant chacune plusieurs grains, l'une étant constituée par une seule matière énergétique, et l'autre étant constituée par une matière énergétique centrale entourée par une matière énergétique périphérique ayant des vitesses de combustion différentes. De façon avantageuse, la poudre constituée de deux matières énergétiques différentes est obtenue à partir d'un procédé de lissage. Le lissage consiste à faire pénétrer par diffusion un agent chimique qui modifie sur une épaisseur maîtrisée la composition de la matière énergétique, donc son niveau énergétique et sa vitesse de combustion. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, ladite poudre est obtenue à partir d'un procédé d'enrobage. L'enrobage consiste à déposer autour du grain de matière énergétique une pellicule d'épaisseur connue d'un matériau énergétique ou inerte ayant des caractéristiques de combustion maîtrisées comme par exemple, la vitesse de combustion. Selon un troisième mode de réalisation préféré de l'invention, la charge pyrotechnique est constituée par un bloc monolithique. Ledit bloc peut, par exemple, être cylindrique et posséder un canal central à l'image de la géométrie des blocs de propergol élaborés dans la grosse propulsion. Selon une autre variante préférée de l'invention, la matière énergétique centrale est à l'état liquide et la matière énergétique périphérique est à l'état solide. La matière énergétique liquide peut, par exemple, être un ergol. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la matière énergétique centrale est à l'état de gel et la matière énergétique périphérique est à l'état solide. La matière énergétique à l'état de gel peut, par exemple, être également un ergol. Avantageusement, la charge pyrotechnique constituée d'une matière énergétique centrale à l'état liquide ou de gel et d'une matière énergétique périphérique à l'état solide est obtenue par un procédé d'encapsulage. L'encapsulage consiste à générer une coque de produit énergétique ou inerte enfermant des matières solides, liquides ou gélifiées. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la matière énergétique centrale est constituée par au moins une poudre composée d'au moins un grain et la matière énergétique périphérique est constituée par un nitrofilm. En effet, la matière énergétique centrale peut être constituée par une seule poudre ou par le mélange d'au moins deux poudres. Avantageusement, le nitrofilm comprend un plastifiant, un statibilisant et de la nitrocellulose. De façon préférentielle, la poudre est une poudre homogène à base de nitrocellulose. De façon avantageuse, la poudre contient de la nitroglycérine. Préférentiellement, le nitrofilm constitue une enveloppe fermée pour la poudre. Le nitrofilm sert, d'une part, de réceptacle à la poudre afin de faciliter son intégration dans le générateur et favorise, d'autre part, l'allumage de la poudre grâce à sa capacité à être lui-même facilement initié en combustion et grâce à sa vitesse de combustion élevée. Les dispositifs d'injection sans aiguille selon l'invention présentent l'avantage de garantir une injection satisfaisante de la totalité du principe actif liquide, en conservant un mécanisme simple de fonctionnement ainsi qu'un encombrement réduit ne nécessitant, ni la mise en place de pièces spécifiques, sources d'usinages et de coûts supplémentaires, ni une modification en profondeur de la géométrie du corps desdites seringues. De plus, la grande variabilité des compositions pouvant être retenues pour les charges pyrotechniques incluses dans les dispositifs d'injection selon l'invention, permet d'obtenir une très grande variété de profils de pression aptes à s'adapter à toutes les configurations possibles. Enfin, la parfaite maîtrise des effets engendrés par la combustion d'une charge pyrotechnique associée à des systèmes d'allumage largement éprouvés, confère aux seringues sans aiguille selon l'invention un caractère de grande fiabilité et de sûreté. La figure 1 est une vue en coupe axiale longitudinale d'un dispositif d'injection sans aiguille selon l'invention. La figure 2 est un graphe simplifié typique de la variation de pression en sortie de buse en fonction du temps, engendrée par la combustion d'une seule poudre dont la matière énergétique périphérique a une vitesse de combustion inférieure à celle de la matière énergétique centrale. La figure 3 est un graphe simplifié typique de la variation de pression en sortie de buse en fonction du temps, engendrée par la combustion d'une seule poudre dont la matière énergétique périphérique a une vitesse de combustion supérieure à celle de la matière énergétique centrale. En se référant à la figure 1, un injecteur 1 sans aiguille selon l'invention comprend un générateur de gaz pyrotechnique 2 constitué par une amorce 3 et une charge pyrotechnique 4, un système d'allumage 10 comportant un ressort 5 précontraint et un percuteur 6, une chambre de combustion 7, une colonne de liquide 8 incluant le principe actif liquide 9 à injecter, et une buse d'injection 11. La colonne de liquide 9 comporte un tube en verre 12 fermé par deux bouchons stoppeurs 13, 14 entre lesquels se situe ledit principe actif liquide 9 à injecter. L'injecteur 1 selon l'invention est muni d'un système de déclenchement constitué par un capot 15 et un ressort 16 apte à se comprimer sous l'effet du déplacement dudit capot 15. Le mode de fonctionnement d'un injecteur sans aiguille 1 selon l'invention est le suivant. L'injecteur est positionné de façon à ce que la buse 11 vienne en appui contre la peau du patient à traiter. Une pression sur le capot 15 entraîne le déplacement dudit capot 15 rendu résistant par l'effet du ressort 16 qui se comprime. Au-delà d'un enfoncement seuil dudit capot 15 le système d'allumage 10 est débloqué, entraînant la détente du ressort 5 précontraint et donc le déplacement brutal du percuteur 6 qui lui est associé. Ledit percuteur 6 impacte l'amorce 3 qui est mise en combustion, induisant par influence la combustion de la charge pyrotechnique 4. Les gaz émis par la combustion de ladite charge 4 mettent en pression la chambre de combustion 7 provoquant alors le déplacement de la colonne de liquide 8. Le bouchon piston aval 14 qui est situé le plus près de la buse 11 vient se loger dans un espacement 17 prévu à cet effet, tandis que le bouchon piston amont 13 qui est situé le plus près de la chambre de combustion 7 continue de se déplacer en exerçant une pression sur le liquide à injecter 9. Ledit liquide 9 s'échappe alors par un canal d'injection 18 situé dans la buse 11 et libéré par le bouchon piston 14 aval. L'injection se poursuit jusqu'à ce que le bouchon piston amont 13 vienne au contact du bouchon piston 14 aval. Les exemples non limitatifs suivants illustrent la caractéristique essentielle de l'invention qui se rapporte à la charge pyrotechnique 4. Exemple 1 La charge pyrotechnique est constituée par une seule poudre et la matière énergétique périphérique a une vitesse de combustion inférieure à celle de la matière énergétique centrale. Un profil type de pression en fonction du temps obtenu au niveau de la base est représenté à la figure 2. Dans un premier temps, la combustion de la matière énergétique périphérique entraîne une petite augmentation de la pression. Dans un deuxième temps, la pression augmente brutalement due à la combustion de la matière énergétique centrale. Enfin, la pression décroît lentement. Exemple 2 La charge pyrotechnique est constituée par une seule poudre et la matière énergétique périphérique a une vitesse de combustion supérieure à celle de la matière énergétique centrale. Un profil type de pression en fonction du temps obtenu au niveau de la buse est représenté à la figure 3. Dans un premier temps, la pression croît brutalement due à la combustion de la matière énergétique périphérique. Dans un deuxième temps, la pression continue d'augmenter plus progressivement et enfin, ladite pression décroît lentement. Le grand nombre de compositions pyrotechniques déjà existantes pouvant intégrer les dispositifs d'injection sans aiguille selon l'invention permet d'obtenir une grande variabilité au niveau des profils de pression en sortie de buse, permettant ainsi de traiter un grand nombre de configurations. Revendications 1. Dispositif d'injection (1) sans aiguille comprenant un générateur de gaz pyrotechnique (2), au moins un piston (13,14), une réserve de principe actif liquide (9) et une buse d'injection (11), caractérisé en ce que ledit générateur (2) comprend une charge pyrotechnique constituée d'une matière énergétique centrale entourée par une deuxième matière énergétique périphérique, les deux matières énergétiques ayant des vitesses de combustion différentes. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière énergétique périphérique se trouve à 15 l'état solide. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les deux matières énergétiques sont au contact l'une de l'autre. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la charge pyrotechnique est une poudre composée de plusieurs grains, chaque grain étant constitué d'une matière énergétique centrale entourée par une matière énergétique périphérique, les deux matières énergétiques ayant des vitesses de combustion différentes. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le générateur de gaz (2) comporte une seule charge pyrotechnique constituée par une poudre, et la matière énergétique périphérique a une vitesse de combustion supérieure à celle de la matière énergétique centrale. 6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur de gaz (2) est composé par un mélange de deux poudres ayant chacune plusieurs grains, l'une étant constituée par une seule matière énergétique et l'autre étant constituée par une matière énergétique centrale entourée par une matière énergétique périphérique ayant des vitesses de combustion différentes. 7. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la poudre est obtenue à partir d'un procédé de 10 lissage. 8. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la poudre est obtenue à partir d'un procédé d'enrobage. 9. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la charge pyrotechnique est constituée par un bloc monolithique. 10. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la matière énergétique centrale est à l'état liquide. 11. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en 25 ce que la matière énergétique centrale est à l'état de gel. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que la charge 30 pyrotechnique est obtenue par un procédé d'encapsulage. 13. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière énergétique centrale est constituée par au moins une poudre composée d'au moins un grain et la matière énergétique périphérique est constituée par un nitrofilm. 14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que le nitrofilm comprend un plastifiant, un stabilisant et de la nitrocellulose. 15. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la poudre est une poudre homogène à base de nitrocellulose. 16. Dispositif selon la revendication 15 caractérisé en 10 ce que la poudre contient de la nitroglycérine. 17. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que le nitrofilm constitue une enveloppe fermée pour la poudre. 18. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur de gaz (2) comprend un système d'allumage (10) permettant d'initier en combustion la matière énergétique périphérique. 30