本發(fā)明涉及一種微針給藥系統(tǒng)，特別是涉及一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

藥物治療是一種常見的醫(yī)療手段，藥物進(jìn)入人體的主要輸送方式包括注射和口服，這兩種方式都存在一定的局限性。藥物在口服期間可能由于自我代謝從而失去療效；皮下注射需要受過(guò)訓(xùn)練的人員才能實(shí)施，并給病患帶來(lái)無(wú)法避免的疼痛感以及感染的風(fēng)險(xiǎn)，給患者帶來(lái)不便。近年來(lái)，微針給藥方式越來(lái)越吸引人們的關(guān)注。微針是一種類似注射針頭的微米級(jí)空心或?qū)嵭尼槪话悴捎脝尉Ч璨牧?、金屬或高分子聚合物制作而成。它可以恰好穿過(guò)角質(zhì)層而不觸及痛覺神經(jīng)，在起到藥物滲透作用同時(shí)又不引起痛感和真皮層的損傷。

空心微針是指一組整體尺寸與固態(tài)微針相似、沿著針的軸線上有同傳統(tǒng)注射功能相似的小孔。與實(shí)心微針相比，其強(qiáng)度足以刺入皮膚，又允許流體通過(guò)，應(yīng)用時(shí)將藥物溶液填充空腔，或?qū)⑺幰涸谝欢ㄍ鈮合峦ㄟ^(guò)針孔進(jìn)入體內(nèi)?？招奈⑨槾倘肫つw后，皮膚會(huì)產(chǎn)生對(duì)抗微針注射的阻力，影響針體內(nèi)藥液的流入，給藥效率低。但由于中空通道的存在，空心微針的物理結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)固。在給藥過(guò)程中，裝載空心微針的給藥裝置與皮膚表面產(chǎn)生的相對(duì)位移會(huì)導(dǎo)致微針斷裂的現(xiàn)象發(fā)生，容易造成醫(yī)療事故。

實(shí)心微針可分為載藥實(shí)心微針和不載藥實(shí)心微針兩類。

載藥實(shí)心微針通過(guò)噴霧包衣法、蘸取包衣法等將藥物包裹在針體表面。由于針體與藥物表面張力的作用，微針的載藥量很低，包裹藥物后會(huì)影響針體的銳度，可能導(dǎo)致針體不能順利刺入皮膚；可溶性載藥實(shí)心微針由可溶解或可降解的高分子材料形成，藥物通過(guò)與高分子材料混合，直接存在于針體，針體刺入皮膚后，溶解在針體內(nèi)的藥物開始釋放?？扇苄晕⑨樋朔丝招奈⑨樅桶挛⑨樤谑褂眠^(guò)程中可能斷裂的缺陷。但是在混合過(guò)程中涉及有機(jī)溶劑的使用，會(huì)產(chǎn)生皮膚刺激性。有些制備條件，如較高的溫度，會(huì)影響大分子藥物的穩(wěn)定性，降低藥物活性。針體載藥超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)影響針體的機(jī)械性能。

不載藥實(shí)心微針實(shí)現(xiàn)藥物經(jīng)皮導(dǎo)入由兩步組成：微針作用于皮膚后，可暫時(shí)打破皮膚角質(zhì)層的屏障作用，建立大量的皮下微細(xì)通道；藥物由皮下微細(xì)通道進(jìn)入皮膚。微針移除后，皮下微細(xì)通道會(huì)逐漸消失。相對(duì)而言，不載藥實(shí)心微針是一種更加安全的給藥工具。

傳統(tǒng)不載藥實(shí)心微針器件為確保藥物在裝藥和輸藥過(guò)程中不受污染，其裝藥和輸藥過(guò)程復(fù)雜，導(dǎo)致用戶使用不便。傳統(tǒng)微針器件不可重復(fù)使用，造成資源浪費(fèi)。

基于不載藥實(shí)心微針的優(yōu)勢(shì)，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)，所述的一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)采用由SU-8負(fù)光刻膠制成的不載藥實(shí)心微針陣列，同時(shí)整合了由聚二甲基硅氧烷制成的微流體網(wǎng)絡(luò)和微流體通道。與傳統(tǒng)的一次性微針器件相比，所述微針給藥系統(tǒng)采用不載藥實(shí)心微針陣列，針體不易斷裂，使用安全；所述微針給藥系統(tǒng)整合了微流體通道和微流體網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)裝藥到透皮輸藥的整個(gè)過(guò)程，提高了設(shè)備的易用性，可重復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)效益高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所述一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)包括：微流體通道、微針陣列和微流體網(wǎng)絡(luò)。微流體分配網(wǎng)絡(luò)在其各網(wǎng)絡(luò)分支頂部留有開口，開口均勻的分布在微針陣列的底部，微流體通道與微流體網(wǎng)絡(luò)相連接。

所述微流體通道由聚二甲基硅氧烷制成，包括微泵、單向閥和微流體網(wǎng)絡(luò)接入部分。

所述微泵裝載液體或氣體，與單向閥相連接。

所述單向閥包括輸入單向閥和輸出單向閥，輸入單向閥與微泵相連接，輸出單向閥與微泵和微流體網(wǎng)絡(luò)接入部分相連接。

所述微流體網(wǎng)絡(luò)接入部分與微流體通道和微流體網(wǎng)絡(luò)相連接。

兩個(gè)單向閥只允許氣體或者液體往一個(gè)方向流動(dòng)，手指對(duì)微泵進(jìn)行按壓及松放操作，微泵的形變產(chǎn)生內(nèi)外壓強(qiáng)差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述微針給藥系統(tǒng)中的氣體或液體進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成微針系統(tǒng)的裝藥和輸藥環(huán)節(jié)。

所述微針陣列是一個(gè)不少于5×5的不載藥實(shí)心微針，微針由SU-8負(fù)光刻膠制成。當(dāng)所述微針給藥設(shè)備施加在皮膚表面上時(shí)，這些微針可以穿透角質(zhì)層并在生物體組織中建立皮下微細(xì)通道。

所述微流體網(wǎng)絡(luò)由一組對(duì)稱分布的微流體網(wǎng)絡(luò)分支構(gòu)成，微流體網(wǎng)絡(luò)各分支頂部留有開口，開口均勻的分布在所述微針陣列的底部，微流體網(wǎng)絡(luò)各分支與微流體通道相連通。

裝載在所述柔性微針給藥設(shè)備中的藥物由微泵驅(qū)動(dòng)，通過(guò)輸出單向閥流到微流體網(wǎng)絡(luò)各分支，通過(guò)各分支的頂端開口流出到微針陣列表面，通過(guò)微針在生物體組織中形成的皮下微細(xì)通道輸送到皮下組織中。

本發(fā)明所述一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)特點(diǎn)在于：

1.整體結(jié)構(gòu)由柔性的聚合物對(duì)二甲基硅氧烷制成，擁有柔性、親膚的特性；

2.裝藥的控制是由使用者對(duì)微泵進(jìn)行一次按壓后的松放操作來(lái)完成，微泵的外壓強(qiáng)大于內(nèi)壓強(qiáng)，使得外部藥液通過(guò)輸入單向閥流入微泵內(nèi)，完成裝藥過(guò)程；

3.輸藥的控制是由使用者對(duì)微泵進(jìn)行按壓操作來(lái)完成，微泵的內(nèi)壓強(qiáng)大與外壓強(qiáng)，使得微泵中的藥液通過(guò)輸出單向閥流入微流體網(wǎng)絡(luò)，完成輸藥過(guò)程；

4.微流體網(wǎng)絡(luò)以分配藥液為目的，微流體網(wǎng)絡(luò)的頂端開口對(duì)稱的分布在微針陣列的底部，藥液通過(guò)開口后均勻的分布在微針陣列的表面；

5.所述微針給藥設(shè)備施加在皮膚表面上時(shí)，不載藥實(shí)心微針穿透角質(zhì)層并在生物體組織中建立皮下微細(xì)通道，使得微針陣列表面的藥液體通過(guò)皮下微細(xì)通道內(nèi)進(jìn)入生物體內(nèi)。

本發(fā)明所述一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)有以下益處：

1.本發(fā)明所述微針給藥系統(tǒng)生物兼容性好，不會(huì)導(dǎo)致過(guò)敏等不良反應(yīng)；

2.本發(fā)明所述微針給藥系統(tǒng)具備柔性的特點(diǎn)，可以很好的貼合皮膚，佩戴舒適度高；

3.本發(fā)明所述微針給藥系統(tǒng)的微針是不載藥實(shí)心微針，使用起來(lái)安全有效；

4.本發(fā)明所述微針給藥系統(tǒng)在使用時(shí)，裝藥環(huán)節(jié)和輸藥環(huán)節(jié)的操作簡(jiǎn)單；

5.本發(fā)明所述微針給藥系統(tǒng)可重復(fù)完成裝藥和輸藥過(guò)程，循環(huán)使用，避免一次性浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益高；

6.本發(fā)明所述給藥貼片采用封閉的微流體通道來(lái)進(jìn)行藥物輸送，可避免藥物在傳輸過(guò)程中的污染。

附圖說(shuō)明

圖1為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)圖。

圖2為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第1層結(jié)構(gòu)圖。

圖3為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第2層結(jié)構(gòu)圖。

圖4為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第3層結(jié)構(gòu)圖。

圖5為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第4層結(jié)構(gòu)圖。

圖6為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第5層結(jié)構(gòu)圖。

圖7為所述微針給藥系統(tǒng)微針陣列俯視圖。

圖8為所述微針給藥系統(tǒng)微流體網(wǎng)絡(luò)俯視圖。

圖9為所述微針給藥系統(tǒng)微流體通道側(cè)視圖。

圖10為所述微針給藥系統(tǒng)微流體通道工作階段1原理圖。

圖11為所述微針給藥系統(tǒng)微流體通道工作階段2原理圖。

圖12為所述微針給藥系統(tǒng)微流體通道工作階段3原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明所述一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)，如圖1所示，包括5層。1為層1，2為層2，3為層3，4為層4，5為層5，1～5依次堆疊組合，其中1為頂層， 5為底層。所述微針給藥系統(tǒng)由聚二甲基硅氧烷制成。

所述一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)的第1層，如圖2所示，1包括一個(gè)11×11的微針陣列6和對(duì)稱分布在微針陣列底部的微流體網(wǎng)絡(luò)頂端開口7，微流體網(wǎng)絡(luò)頂端開口與微針陣列的分布關(guān)系如圖7所示。當(dāng)所述微針給藥系統(tǒng)施加在皮膚表面上時(shí)，微針陣列6可以穿透角質(zhì)層并在生物體組織中建立皮下微細(xì)通道，藥液受到驅(qū)動(dòng)后從微流體網(wǎng)絡(luò)頂端開口7流出，并通過(guò)建立的皮下微細(xì)通道進(jìn)入體內(nèi)以實(shí)現(xiàn)給藥過(guò)程。層1的基板8由聚二甲基硅氧烷制成，所述微針陣列6由SU-8負(fù)光刻膠制成。

所述一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)的第2層，如圖3所示，2包括微流體網(wǎng)絡(luò)9。所述微流體網(wǎng)絡(luò)9由各微流體網(wǎng)絡(luò)分支對(duì)稱組合而成，所述各微流體網(wǎng)絡(luò)頂端開口7為微流體網(wǎng)絡(luò)9各分支的頂部開口。微流體網(wǎng)絡(luò)9與微流體通道的連接如關(guān)系如圖8所示，微流體網(wǎng)絡(luò)各分支與微流體通道的微流體網(wǎng)絡(luò)接入通道10相連通。層2的基板20由聚二甲基硅氧烷制成。

所述一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)的2～5組合成微流體通道，如圖3、圖4、圖5、圖6所示。3的基板24、4的基板28和5的基板由聚二甲基硅氧烷制成。所述微針給藥系統(tǒng)的微流體通道側(cè)視圖如圖9所示，微流體通道由輸入單向閥、輸出單向閥、微泵、微流體網(wǎng)絡(luò)接入部分構(gòu)成。

輸入單向閥由微流體輸出端16、微流體輸入端19、微流體輸出端隔斷通道17、微流體輸入端隔斷通道18、微流體聯(lián)通通道26，隔液膜29，隔液膜小孔23組成。微流體輸出端16和微流體輸入端19的單向閥與微流體通道的其他部件接口。微流體輸出端隔斷通道17、微流體輸入端隔斷通道18分別與微流體輸出端16和微流體輸入端19相連，微流體聯(lián)通通道26與微流體輸出端隔斷通道17、輸入端隔斷通道18之間夾有一層柔性的隔液膜29，隔液膜29上靠微流體輸出端隔斷通道17的一側(cè)留有隔液膜小孔23，用于實(shí)現(xiàn)空氣與液體的單向輸入輸出功能。

輸出單向閥由微流體輸出端11、微流體輸入端14、微流體輸出端隔斷通道12、微流體輸入端隔斷通道13、微流體聯(lián)通通道27，隔液膜30，隔液膜小孔21組成。微流體輸出端11和微流體輸入端14的單向閥與微流體通道的其他部件接口。微流體輸出端隔斷通道12、微流體輸入端隔斷通道13分別與微流體輸出端11和微流體輸入端14相連，微流體聯(lián)通通道27與微流體輸出端隔斷通道12、微流體輸入端隔斷通道13之間夾有一層柔性的隔液膜29，隔液膜30上靠微流體輸出端隔斷通道12的一側(cè)留有隔液膜小孔21，實(shí)現(xiàn)空氣與液體的單向輸入輸出功能。

微流體網(wǎng)絡(luò)接入部分由微流體網(wǎng)絡(luò)接入通道10構(gòu)成，微流體網(wǎng)絡(luò)接入部分負(fù)責(zé)連接微流體通道和微流體網(wǎng)絡(luò)。

微泵由微泵儲(chǔ)藥倉(cāng)5、微泵接入倉(cāng)15、微泵連接部分23和微泵連接部分25，微泵連接部分23和微泵連接部分25將微泵儲(chǔ)藥倉(cāng)5和微泵接入倉(cāng)15連接起來(lái)組合成微泵整體。微泵接入倉(cāng)15與輸入單向閥的微流體輸出端16、輸出單向閥的微流體輸入端14相連。微泵儲(chǔ)藥倉(cāng)5存儲(chǔ)藥液或者空氣。

單向閥工作原理如下：

以輸入單向閥為例，當(dāng)微流體輸出端16形成低壓而微流體輸入端19形成高壓時(shí)，氣體或液體將通過(guò)在高壓的驅(qū)使下，從微流體輸入端19進(jìn)入微流體輸入端隔斷通道18。由于壓強(qiáng)差的存在，氣體或液體將擠壓隔液膜29使其變形，導(dǎo)致隔液膜29不密貼輸入端隔斷通道18并產(chǎn)生隙縫，輸入端隔斷通道18中的氣體或液體可由隙縫進(jìn)入微流體聯(lián)通通道26，并通過(guò)隔液膜小孔23進(jìn)入輸出端隔斷通道17，最終進(jìn)入微流體輸出端16，實(shí)現(xiàn)了單向閥控制氣體或液體由輸入端流向輸出端的功能；而當(dāng)微流體輸出端16形成高壓而微流體輸入端19形成低壓時(shí)，氣體或液體將通過(guò)在高壓的驅(qū)使下，從微流體輸出端16進(jìn)入微流體輸出端隔斷通道17，并通過(guò)隔液膜29上的隔液膜小孔23流入微流體聯(lián)通通道26，擠壓隔液膜29的另一端，使之緊貼輸入端隔斷通道18，阻止氣體或液體流入輸入端隔斷通道18，因此，單向閥中氣體或液體不能反向從輸出端流向輸入端。

微流體通道工作原理如下：

如圖10所示，在階段1中，第一次按壓微泵，微泵產(chǎn)生形變，使得輸入單向閥的微流體輸出端16和輸出單向閥的微流體輸入端14處于相對(duì)高壓狀態(tài)，輸入單向閥的微流體輸入端19和輸出單向閥的微流體輸出端11處于相對(duì)低壓狀態(tài)。因此，微泵中的藥液可由輸出單向閥的微流體輸入端14流向微流體輸入端11，而不可由輸入單向閥的微流體輸出端16流向微流體輸入端19，微泵中存儲(chǔ)的藥液通過(guò)輸出單向閥輸出到微流體網(wǎng)絡(luò)，完成輸藥過(guò)程。

如圖11所示，在階段2中，當(dāng)松放微泵，被擠壓的微泵復(fù)原，使得輸入單向閥的微流體輸出端16和輸出單向閥的微流體輸入端14處于相對(duì)低壓狀態(tài)，輸入單向閥的微流體輸入端19和輸出單向閥的微流體輸出端11處于相對(duì)高壓狀態(tài)。因此，外界裝藥池的藥液可通過(guò)輸入單向閥的微流體輸入端19流向微流體輸入端16，而輸入單向閥的微流體輸出端11中的空氣不能逆流向微流體輸入端14。外界裝藥池的藥液通過(guò)輸入單向閥進(jìn)入微泵，完成裝藥過(guò)程。

如圖12所示，在階段3中，再次按壓微泵，微泵產(chǎn)生形變，使得輸入單向閥的微流體輸出端16和輸出單向閥的微流體輸入端14處于相對(duì)高壓狀態(tài)，輸入單向閥的微流體輸入端19和輸出單向閥的微流體輸出端11處于相對(duì)低壓狀態(tài)。因此，微泵中的藥液可由輸出單向閥的微流體輸入端14流向微流體輸入端11，而不可由輸入單向閥的微流體輸出端16流向微流體輸入端19，微泵中存儲(chǔ)的藥液通過(guò)輸出單向閥輸出到微流體網(wǎng)絡(luò)，完成輸藥過(guò)程。

用戶反復(fù)的對(duì)所述微針給藥系統(tǒng)的微泵進(jìn)行按壓和松放操作，可重復(fù)實(shí)現(xiàn)裝藥和輸藥過(guò)程。

盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。