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ISO 28823:2018 医疗器械 无针喷射注射器
无针液体喷射注射医疗器械的要求与测试方法
ISO 28823:2018 规定了无针喷射注射器的要求和测试方法。这类装置通过高速射流将液态药物穿过皮肤输送至体内，无需使用传统皮下注射针头。无针注射消除了针刺伤风险，减少了锐器废弃物，在疫苗接种计划和慢性病管理中具有重要的安全意义和环境效益。
1. 无针注射器的工作原理与分类
ISO 28823 将无针喷射注射器定义为一种产生细小高压液体药物射流的装置——射流直径通常为 100–300 μm，喷射速度 100–250 m/s，足以穿透皮肤并将药物输送到皮内、皮下或肌肉组织层。注射深度由射流速度、喷嘴孔径和目标组织的力学特性共同决定。与注射针依靠物理切割创建通道不同，无针注射器完全依赖流体力学机制突破角质层并在组织中分散药物。
标准按动力源对无针注射器进行分类：弹簧驱动（储存在压缩弹簧中的机械能，通常为 50–200 N）、气体驱动（压缩 CO₂ 或 N₂ 气瓶，输出压力 15–30 bar）和洛伦兹力驱动（电磁线圈执行器）。弹簧驱动装置在临床实践中最为常见，因其简单、可靠且无需消耗性动力源。气体驱动装置在单气瓶多次注射中提供更一致的压力分布。洛伦兹力驱动装置可提供最精确的射流速度分布控制，但需要电池和电子控制电路。每种动力源类型都对压力调节、击发可靠性和使用者安全性提出了具体的设计要求。
| 动力源 | 典型压力范围 | 优势 | 设计挑战 |
|---|---|---|---|
| 弹簧驱动（机械式） | 50–200 N 弹簧力 → 15–30 MPa | 简单、可靠、无需耗材 | 弹簧行程中的力变化、温度敏感性 |
| 气体驱动（CO₂/N₂） | 15–30 bar 调节输出 | 多剂量压力一致、可扩展 | 气瓶处置、气体调节精度 |
| 洛伦兹力驱动（电磁式） | 可编程，最高 40 MPa | 精确速度分布控制、自适应 | 电池寿命、电子可靠性、成本 |
无针注射器的一个关键设计参数是”射流稳定性比”——喷嘴出口处射流速度与皮肤表面处速度的比值。射流在空气中传播时，空气动力阻力会导致射流减速，在足够距离处会破裂成液滴。标准规定喷嘴到皮肤的距离必须控制在 ±0.5 mm 以内，以确保射流特性的可重复性。这通常通过一个在击发前与皮肤接触的深度补偿间隔环来实现。
2. 性能要求与剂量输送确认
ISO 28823 建立了无针注射技术特有的性能要求。剂量精度要求遵循与基于针头的系统相同的总体框架（≥ 1 mL 为 ±5 %，< 1 mL 为 ±10 %），但测试方法必须考虑射流注射的独特特性——特别是回溅（从皮肤表面弹回未被输送的液体）、表面湿池（在皮肤上积聚而非穿透）和深层组织沉积变异性。标准要求使用经确认的模拟组织材料（通常是聚丙烯酰胺凝胶或具有校准弹性模量的弹道凝胶）进行剂量精度测试，而非简单的空气中称重收集——后者不能代表实际组织的背压条件。
标准引入了”输送效率”的概念——定义为输送到模拟组织材料中的药物质量与装置排出总质量的比值。要求最低输送效率为 90 %，其余部分为回溅和表面液体损失。输送效率必须在全部预期剂量范围内以及在三种粘度水平（1 cP、10 cP 和 100 cP）下进行验证，以覆盖从水溶液到粘稠生物制剂的全部范围。每种条件下必须进行至少 20 次连续测量以建立统计过程控制限。
在开发用于粘稠生物制剂（> 20 cP）的无针注射器时，请注意射流穿透深度大约随粘度的平方根减小——对于相同的射流压力，粘度增加一倍穿透深度减半。为了补偿，可能需要增加峰值射流压力或延长注射持续时间。使用 Carreau-Yasuda 模型对剪切变稀生物制剂进行 CFD 模拟，可以在制造硬件原型之前准确预测穿透深度。
| 性能参数 | 要求 | 测试条件 | 测试方法 |
|---|---|---|---|
| 剂量精度（≥ 1 mL） | ±5 % | 模拟组织凝胶，20 °C | 凝胶提取后称重 |
| 剂量精度（< 1 mL） | ±10 % | 模拟组织凝胶，20 °C | 凝胶提取后称重 |
| 输送效率 | ≥ 90 % | 全部三种粘度：1、10、100 cP | 每次注射的质量平衡 |
| 穿透深度（皮内目标） | 0.5–2.0 mm | 分层模量凝胶 | 染料追踪 + 光学切片 |
| 穿透深度（皮下目标） | 2.0–8.0 mm | 分层模量凝胶 | 染料追踪 + 光学切片 |
| 回溅损失 | ≤ 剂量的 5 % | 高速视频记录 | 图像分析 + 称重 |
| 分散体积 | 按设计规范可重复 | 注射后凝胶解剖 | 染色区域体积分析 |
3. 安全功能——交叉污染预防与一次性锁定
ISO 28823 高度重视交叉污染预防，因为无针注射器的操作无需每次使用之间更换针头。对于多用途装置，标准要求流体路径设计防止组织液或血液回流到装置中——通常通过喷嘴处的单向止回阀、药液池与喷嘴组件之间的物理流体路径隔离，或每位患者更换的一次性喷嘴药筒来实现。对于需要连续治疗多位患者的临床环境，强烈推荐使用一次性可抛弃式喷嘴。
标准要求测试一次性锁定机构的可靠性：在首次击发循环后，装置必须通过物理或电子互锁机构使其无法再次操作。锁定机构必须通过 100 次模拟重新击发循环测试，测试力比正常击发力高出 20 %，以确保锁定无法通过强力破坏。对于可重复使用的喷嘴药筒（限于单患者使用），标准要求喷嘴设计便于按照制造商说明进行清洁和灭菌，并且清洁效果按照 ISO 17664 进行验证。
患者间交叉污染是早期无针注射器在大规模疫苗接种活动中记录在案的问题，曾导致乙型肝炎传播案例。虽然现代注射器采用了稳健的单向流体路径设计，但”回溅污染”风险——注射过程中排出的组织液接触装置喷嘴并转移到下一位患者——必须在风险管理文件中专门处理。标准建议使用一次性可抛弃式喷嘴帽（每次注射后弹出），并结合击发后隔离喷嘴面的自动回缩机构。
常见问题解答
Q1: 无针注射器的注射疼痛与传统针头相比如何？
临床研究一致表明，对大多数患者而言，无针注射器产生的注射部位疼痛低于传统皮下注射针头，主要是因为疼痛刺激分布在较大面积的皮肤上而非集中在单一点上。然而，一些患者报告了一种不同的感觉——一种短暂的”压力爆发”感，而非针头的尖锐刺痛。标准鼓励制造商在设计确认文件中包含用户体验数据。
Q2: 穿透人体皮肤需要多高的射流速度？
角质层（皮肤最外层，约 10–40 μm 厚）的穿刺强度约为 10–25 MPa。为可靠地突破这一屏障，射流必须达到超过此阈值的滞止压力。对于典型的 150 μm 喷嘴，这对应皮肤表面处约 140–200 m/s 的射流速度。标准建议制造商通过尸体皮肤或已确认组织模型中的剂量-效应测试确定最小有效压力。
Q3: 无针注射器能否用于所有类型的药物？
大多数水基药物可通过无针注射输送。限制适用于：高粘度制剂（> 200 cP）、大容量注射（每个部位 > 3 mL）以及需要非常精确的组织靶向的药物（如某些眼部治疗药物）。药物制剂还必须在射流注射过程中承受的剪切应力下保持稳定——标准建议制造商使用适当的分析方法（HPLC、粒径分析、生物测定）验证药物通过射流喷嘴后的稳定性。
Q4: 无针注射器制造所需的质量体系是什么？
ISO 28823 要求制造商运行符合 ISO 13485 的质量管理体系。标准特别要求对以下过程进行过程验证：喷嘴孔径（对射流形成至关重要）、动力源校准（弹簧力或气体压力）、一次性组件装配以及灭菌过程（一次性组件通常使用环氧乙烷或伽马辐照灭菌）。
