專利名稱：無痛微型給藥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種將藥物引入體內(nèi)的醫(yī)療器械，尤其是一種無痛給藥裝置，特別用于胰島素注射的無痛微型給藥裝置。
(2)背景技術(shù)微機(jī)電技術(shù)與生化醫(yī)療技術(shù)的融合將帶來新的實用技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，社會的需要期待著這個融合的快速進(jìn)展。作為這個融合一部分的μ-TAS(Micro-Total Analytical System)、DNA檢測芯片、微型芯片流體力學(xué)以及生物芯片技術(shù)等在飛速發(fā)展。隨著醫(yī)藥技術(shù)的迅速進(jìn)步，高效小劑量的藥物也在逐步走向市場。但是困擾著醫(yī)藥臨床使用的幾個方面，比如對非期望用藥部位的藥物毒副作用，到達(dá)疾患部位的有效藥物濃度低下，以及復(fù)雜處方的智能型投藥方法等問題長時間以來沒有能夠得到實際解決。(參見1.Hiroki Kuwano，The Proceedingof the seventh International Micro machine Symposium 2001，p27，Japan，Tokyo；2.H.kuwano，Y.Fujino，and T.Tsuboi，Proceeding 18thSensor Symposium2001，p193，Kawasaki，Japan，2001；3.E.Higurashi，R.Sawada，and T.Ito，Proc.Int.Conf.on Optical MEMS and Their Applications(IEEE/LEOS Optical MEMS 2001)，p49，Okinawa，Japan，2001)。健康檢測芯片，亦即從微量的血液樣品中檢測出體液的pH值，Na+，K+，葡萄糖，尿素氨氣等影響人體健康的化學(xué)生物量，在自己家中就能自我診斷自己健康狀態(tài)的微型醫(yī)療機(jī)械已經(jīng)得到了長足的研究，離實用化越來越近，(參見A.Oki，et al.，2001Intern.Conf.on Solid State Device and Materials，Tokyo，p460，2001)。此外，在有機(jī)基板上形成血液流路以及適應(yīng)生化研究的流路內(nèi)壁材料的開發(fā)完成，(參見K.Ishihara，et al.，J.Biomat.Mat.Res，26，(1992)1543)，生化測量檢測信息量的放大Flow-FET構(gòu)造的制作成熟，(參見A.Van den Berg，Science，Vol.289，(1999)942)等，可以直接用于醫(yī)療和健康診斷的微機(jī)電產(chǎn)品顯示了微機(jī)電在醫(yī)療領(lǐng)域里的巨大應(yīng)用潛力。近年來，人們越來越重視藥物的毒副作用，希望用最小的藥量達(dá)到最佳的醫(yī)療效果，藥物運輸系統(tǒng)(Drug Delivery System，DDS)就是在這個背景下得到開發(fā)的。但是這個系統(tǒng)首先要求把微型藥丸植進(jìn)人體內(nèi)，這在使用上帶來了一定的困難，而且有相當(dāng)?shù)氖褂镁窒蕖，F(xiàn)代人糖尿病人數(shù)的激增，中國已上升為世界第二糖尿病患者大國(成年人患病率達(dá)3％～6％；因數(shù)據(jù)來源不同而有一個分布范圍)。盡管已經(jīng)有了一些已經(jīng)投入市場使用的靈巧便捷的胰島素注射器械，但是基本注射方式仍然采用傳統(tǒng)式的每日數(shù)次自己扎針注射的方法，給患者帶來皮肉和精神上的痛苦。本項目就是在這些醫(yī)療臨床需要的背景下展開的。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種可將藥物定量定時定點無痛注入人體淺表，然后使藥物自然擴(kuò)散到深部疾患部位以達(dá)到高效利用藥物，減小對其他非疾患部位的毒副作用的微型給藥裝置。
無痛微型給藥裝置設(shè)有針尖叢，用于插入皮膚淺表給藥，由至少2根注射針尖排列而成；藥液容器，用于儲存藥液，其下部連通針尖叢的上部，其固定件上設(shè)有進(jìn)氣口、出氣口和外接控制電路及氣體導(dǎo)管的容器接口，容器接口外接控制電路、氣泵及電源系統(tǒng)；壓力傳感器分別設(shè)于藥液容器內(nèi)和用于插入皮膚的針尖部，信號輸出端接容器接口。
針尖叢可與藥液容器(含固定件)一體化。針尖叢可設(shè)為多排針尖陣列。
所說的用于插入皮膚的注射針尖的針頭部分的橫向尺度L為60μm≤L≤100μm，以便不給皮膚帶來可感刺激，減少因皮膚受刺激的不自主抽搐而給針頭帶來應(yīng)力導(dǎo)致針頭折斷和使用上的舒適。
所說的用于插入皮膚的注射針尖插入皮膚的針體總長度h≥800μm。最好h∶L≤12。
所說的藥液容器的硬外殼腔內(nèi)可設(shè)儲存藥液的軟體藥包。
所說的針尖部的壓力傳感器可采用超微型壓力傳感器并聯(lián)組列。
本實用新型可與已有的控制電路、時鐘程序控制電路銜接，即構(gòu)成一種無痛介入人體表淺部位將藥物定量、定時、定點注入人體淺表，然后自然擴(kuò)散到深部疾患部位，以達(dá)到高效利用藥物，減少對其它非疾患部位的毒副作用的微型智能型醫(yī)療器械，可將其應(yīng)用于糖尿病患者的胰島素注射；用于淺表靜脈注射，作為靜脈血壓監(jiān)測的探頭；用于微量生化檢驗抽取樣品用針頭，關(guān)節(jié)骨質(zhì)增生痛風(fēng)風(fēng)濕類的治療，癌癥以及HIV等的復(fù)雜多種類藥物的時間差式投藥治療；應(yīng)用于微型醫(yī)療器械的微流量控制系統(tǒng)和醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)等。其優(yōu)點在于1)藥物利用效率高，對人體其他正常人體組織的影響?。?)本器械的特點是經(jīng)皮下淺表組織吸收擴(kuò)散直達(dá)患部，由于不需要經(jīng)過腎臟消化道等器官，對一些臟器異常的患者也可以考慮使用；3)特別是對于那些患部毛細(xì)血管分布較少，靠血液循環(huán)不能達(dá)到預(yù)期療效的疾患，可以發(fā)揮其獨特的效果(比如關(guān)節(jié)的韌帶結(jié)蒂組織的有菌和非有菌型炎癥等)；4)使用自由方便，不需要患者定時惦記服藥且藥物在患部的濃度容易維持恒定；5)滿足時間差式服用不同種類的藥物(如癌癥，HIV等)的治療需要。6)對于目前的胰島素注射用途而言，它大大減輕了患者的痛苦和惦記打針的麻煩。
(4)


圖1為微型給藥裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為微型給藥裝置實施例的控制電路電原理圖。
(5)具體實施方式
以下實施例將結(jié)合附圖對本實用新型作具體的說明。
由圖1可見，微型給藥裝置由針尖叢陣列1、藥液容器2、壓力傳感器3組成。針尖叢與藥液容器呈一體化結(jié)構(gòu)(一次性使用)，針尖叢的注射針尖11如圖1所示，其結(jié)構(gòu)類似于普通的注射針頭，其橫向尺度為60～100μm。針體長度800～1000μm。藥液容器2的下部連通針尖叢，腔內(nèi)設(shè)藥液包21，固定支架22上設(shè)進(jìn)氣口23、出氣口24和外接控制電路及氣體導(dǎo)管的容器接口25，進(jìn)氣口23和出氣口24分別與藥液容器2的內(nèi)腔連通，容器接口25的一端連接壓力傳感器3的信號輸出端。壓力傳感器3設(shè)于藥液容器2的內(nèi)腔，壓力傳感器3的傳感器針尖部31與針尖叢并列。使用時可將藥液容器連同針尖叢用固定物(例如特殊固定膠布5等)固定在皮膚上。
考慮對人體的介入安全性等臨床要求，可采用全硅工藝來制作，為了不給皮膚帶來可感刺激，減少因皮膚受刺激不自主抽搐而給針頭帶來應(yīng)力導(dǎo)致針頭折斷和使用上的舒適，插入皮肽針頭部分的橫向尺度最好不應(yīng)大于80微米。由于人體不同部位皮膚下的實際壓力因人體姿勢不同變化很大，為了避免體液逆流帶來導(dǎo)致針管阻塞的可能性，插入人體針尖部的實際壓力必須小于藥液容器的壓力。人體各部皮膚的厚度因人因體位不同而異(文獻(xiàn)記載為0.6～3mm)，因此插入皮膚的針體總長度應(yīng)可以調(diào)整，但最好不得小于800微米。針頭尖銳帶來的一個首要困難就是折斷問題。經(jīng)驗表明，當(dāng)針體的縱橫尺度之比不大于12時，棒狀硅材料有足夠的強(qiáng)度。微型給藥裝置可配合有源程序時鐘控制電路模塊(含抽充氣泵)4。時鐘控制電路部分和氣泵單獨設(shè)計且自帶電源。整個裝置的鈕扣電池電源和小型充氣抽氣泵設(shè)在有源程序時鐘控制電路模塊上，藥液容器2和針尖叢1一體化，控制電路模塊部分采用插入式通過控制電路及氣體導(dǎo)管集成接口41(參見圖1)與藥物容器的容器接口25連接。藥液容器2與針尖叢1是一次性的(防止交叉感染)，有源程序時鐘控制電路模塊部分成本相對較高設(shè)計可以重復(fù)使用。設(shè)計連續(xù)使用不超過4天，藥液容器應(yīng)有4天的容量，同時還有必要與生產(chǎn)藥廠協(xié)作，配制專用的濃縮胰島素藥液。
本實用新型的工作原理為有源控制電路模塊4插入藥液容器2的接口25后，控制藥液流量的充排氣路和電路就處于可使用狀態(tài)。根據(jù)人體需要量和藥物的種類選擇不同的注射控制程序，將其固定(考慮采用粘貼在患部皮膚表面的方式，比如在腋下胸側(cè)等受人體運動形變較小部位)在經(jīng)過消毒的皮膚表面。在藥液容器2與控制模塊4之間有電路和氣路(充排氣路各一條)連接，打開開關(guān)后器械就處于程序控制之下自動動作。當(dāng)?shù)搅俗⑸鋾r刻時，抽氣泵會受程序控制抽空微米針尖叢1與皮膚之間的空氣，提起皮膚將針尖小應(yīng)力插入皮膚淺表，然后開始按照設(shè)計好的程序定量定時注射藥液。在抽取皮膚與針尖叢之間的空氣時，使針尖叢被動插入皮膚，減少了插入過程中針尖叢所受的應(yīng)力，同時減少了針尖叢折斷的幾率。
藥液容器可設(shè)計為兩層構(gòu)造外表的硬殼層用來承受粘貼膠布兼作保護(hù)針尖叢，內(nèi)側(cè)部分則采用軟包裝的藥液包21，以便空氣充到硬外層與軟內(nèi)層之間時增大藥液壓力到足以將藥液注射到皮膚內(nèi)淺表。注入藥液的量由制作在藥液容器2內(nèi)部的壓力傳感器3和插入皮膚淺表的針尖31上的壓力傳感器的壓力差和注射時間長度來控制，控制電路模塊會將壓力差轉(zhuǎn)變成電壓差來控制流量?？刂齐娐纺K4上的時鐘系統(tǒng)控制著注射的起止時間，因此注射的藥液量和注射時刻可以精確控制。注射結(jié)束時，抽氣泵停止工作，外界大氣會自然充斥到針尖叢與皮膚之間的空間，使皮膚與針尖叢分離。同時充氣泵停止工作，保持藥液容器內(nèi)壓與針尖叢出口處幾乎處于相同的大氣壓，毛細(xì)現(xiàn)象會幫助防止藥液從針口處漏泄。
注射細(xì)針尖的材料常采用直徑非常細(xì)的不銹鋼管加工，然后經(jīng)過研磨形成尖銳角度后在用強(qiáng)電場下精細(xì)打磨加工而成。但由于本方案必須要在針管尖端做壓力傳感器來控制藥液流量，因此不銹鋼材質(zhì)不可取。全硅針尖叢的形成工藝大體如下；首先將針尖叢分成只有藥液通道的和只有壓力傳感器的兩類，以減少制作的難度。事實上一組微針尖叢上只要有一根制作有壓力傳感器的針尖就足夠了。具體的微型中空針頭和帶有壓力傳感器陣列的針頭構(gòu)造圖請參見圖1，圖1中的空芯部12由曝光刻蝕形成，注射針尖完全形成后要在臭氧中對表面進(jìn)行鈍化處理，減小硅與水性藥液之間的浸潤角。作為實施例給出一種微米針尖陣列的制作流程為1)SOI硅片以及一般硅片的準(zhǔn)備；2)底層SOI硅片上的針尖陣列形成；3)頂層硅片的陣列分離完成；4)上下硅片的精密粘貼和完成；5)帶有壓力傳感器的針尖的標(biāo)定；6)零壓力對稱構(gòu)造包裝的完成。
微米針尖叢只能是以一排單列形式制作，相對大的注射劑量需要多排這樣的單列針尖叢的疊層鍵合。為了防止由于鍵合帶來的內(nèi)部應(yīng)力使針尖陣列歪斜或參差不齊，擬采用在針尖陣列兩側(cè)對稱等厚玻璃夾心鍵合(硅-玻璃鍵合)。然后，依照單次注射藥液的量和總?cè)萘縼頉Q定采取針尖陣列的層排數(shù)。這樣，排與排之間的鍵和就是相對比較容易的玻璃-玻璃鍵合了。
將檢測微小電容容量精確變化的電路，外加時鐘控制電路和與之匹配的充排氣泵，就可以完成控制系統(tǒng)。圖2給出一個已有的控制電路的實施例。在圖2中，U1，U2分別為T，P型集成電路，集成電路U3LP2951型，U4MC3403P型。輸入端IN接壓力傳感器的信號輸出端，輸出端OUT接氣泵。電阻R1～R310K，R41K，R5332K；電容C115P，C2，C7，C81μ，C3～C50.01μ，C60.1μ，C9150P，C10可變電容，C111.3P，C12，C131500P。
權(quán)利要求
1.無痛微型給藥裝置，其特征在于設(shè)有用于插入皮膚給藥的針尖叢，由至少2根注射針尖排列而成；藥液容器，其下部連通針尖叢的上部，其固定件上設(shè)有進(jìn)氣口、出氣口和外接控制電路及氣體導(dǎo)管的容器接口，容器接口外接控制電路、氣泵及電源系統(tǒng)；壓力傳感器，設(shè)于藥液容器內(nèi)，設(shè)有用于插入皮膚的針尖部，信號輸出端接容器接口。
2.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于所說的針尖叢與藥液容器一體化。
3.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于所說的針尖叢設(shè)為多排針尖陣列。
4.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于所說的用于插入皮膚的注射針尖的針頭部分的橫向尺度L為60μm≤L≤100μm；所說的用于插入皮膚的注射針尖插入皮膚的針體總長度h≥800μm。
5.如權(quán)利要求4所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于所說的h∶L≤12。
6.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于所說的藥液容器腔內(nèi)設(shè)儲存藥液的軟體藥包。
7.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于所說的壓力傳感器采用超微型壓力傳感器并聯(lián)組列。
8.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于所說的固定件為固定支架，在固定支架上設(shè)進(jìn)氣口、出氣口和外接控制電路及氣體導(dǎo)管的容器接口，進(jìn)氣口和出氣口分別與藥液容器的內(nèi)腔連通，容器接口的一端連接壓力傳感器的信號輸出端。
9.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于壓力傳感器的傳感器針尖部與針尖叢并列。
10.如權(quán)利要求1所述的無痛微型給藥裝置，其特征在于在皮膚與針尖叢之間的空氣進(jìn)出口處設(shè)納米孔隙材料保護(hù)層。
全文摘要
屬于一種將藥物引入體內(nèi)的微型無痛給藥裝置，設(shè)有針尖叢、藥液容器，其下部連通針尖叢上部，固定件上設(shè)進(jìn)出氣口和外接接口；另設(shè)有壓力傳感器，輸出端接容器接口。與已有的控制電路銜接，即構(gòu)成一種無痛介入人體表淺部位將藥物定量、定時、定點注入人體淺表，然后自然擴(kuò)散到深部疾患部位，以達(dá)到高效利用藥物，減少對其它非疾患部位的毒副作用的微型智能型醫(yī)療器械，可將其應(yīng)用于糖尿病患者的胰島素注射、淺表靜脈注射、微量生化檢驗抽取樣品用針頭、關(guān)節(jié)骨質(zhì)增生痛風(fēng)風(fēng)濕類的治療、癌癥以及HIV等的復(fù)雜多種類藥物的時間差式投藥治療；應(yīng)用于微型醫(yī)療器械的微流量控制系統(tǒng)和醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)等。藥物利用效率高，對人體其他正常人體組織的影響小。
文檔編號A61M5/00GK1451446SQ0312358
公開日2003年10月29日 申請日期2003年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者高文秀, 鄭川, 高向瞳 申請人:廈門大學(xué)