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：

藥物治療是一種常見的醫(yī)療手段，藥物進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；皮下注射需要受過訓練的人員才能實施，并給病患帶來無法避免的疼痛感以及感染的風險，給患者帶來不便。近年來，微針給藥方式越來越吸引人們的關注。微針是一種類似注射針頭的微米級空心或實心針，一般采用單晶硅材料、金屬或高分子聚合物制作而成。它可以恰好穿過角質層而不觸及痛覺神經(jīng)，在起到藥物滲透作用同時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。與實心微針相比，其強度足以刺入皮膚，又允許流體通過，應用時將藥物溶液填充空腔，或將藥液在一定外壓下通過針孔進入體內(nèi)?？招奈⑨槾倘肫つw后，皮膚會產(chǎn)生對抗微針注射的阻力，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，空心微針的物理結構并不穩(wěn)固。在給藥過程中，裝載空心微針的給藥裝置與皮膚表面產(chǎn)生的相對位移會導致微針斷裂的現(xiàn)象發(fā)生，容易造成醫(yī)療事故。

實心微針可分為載藥實心微針和不載藥實心微針兩類。

載藥實心微針通過噴霧包衣法、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，包裹藥物后會影響針體的銳度，可能導致針體不能順利刺入皮膚；可溶性載藥實心微針由可溶解或可降解的高分子材料形成，藥物通過與高分子材料混合，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^程中可能斷裂的缺陷。但是在混合過程中涉及有機溶劑的使用，會產(chǎn)生皮膚刺激性。有些制備條件，如較高的溫度，會影響大分子藥物的穩(wěn)定性，降低藥物活性。針體載藥超過一定限度時，會影響針體的機械性能。

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

傳統(tǒng)不載藥實心微針器件為確保藥物在裝藥和輸藥過程中不受污染，其裝藥和輸藥過程復雜，導致用戶使用不便。傳統(tǒng)微針器件不可重復使用，造成資源浪費。

基于不載藥實心微針的優(yōu)勢，為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明設計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負光刻膠制成的不載藥實心微針陣列，同時整合了由聚二甲基硅氧烷制成的微流體網(wǎng)絡和微流體通道。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，用于實現(xiàn)裝藥到透皮輸藥的整個過程，提高了設備的易用性，可重復使用，經(jīng)濟效益高。

技術實現(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。微流體分配網(wǎng)絡在其各網(wǎng)絡分支頂部留有開口，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)絡接入部分相連接。

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

兩個單向閥只允許氣體或者液體往一個方向流動，手指對微泵進行按壓及松放操作，微泵的形變產(chǎn)生內(nèi)外壓強差，從而實現(xiàn)對所述微針給藥系統(tǒng)中的氣體或液體進行驅動，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不少于5×5的不載藥實心微針，微針由SU-8負光刻膠制成。當所述微針給藥設備施加在皮膚表面上時，這些微針可以穿透角質層并在生物體組織中建立皮下微細通道。

所述微流體網(wǎng)絡由一組對稱分布的微流體網(wǎng)絡分支構成，微流體網(wǎng)絡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)絡各分支與微流體通道相連通。

裝載在所述柔性微針給藥設備中的藥物由微泵驅動，通過輸出單向閥流到微流體網(wǎng)絡各分支，通過各分支的頂端開口流出到微針陣列表面，通過微針在生物體組織中形成的皮下微細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)特點在于：

1.整體結構由柔性的聚合物對二甲基硅氧烷制成，擁有柔性、親膚的特性；

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

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

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

5.所述微針給藥設備施加在皮膚表面上時，不載藥實心微針穿透角質層并在生物體組織中建立皮下微細通道，使得微針陣列表面的藥液體通過皮下微細通道內(nèi)進入生物體內(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，不會導致過敏等不良反應；

2.本發(fā)明所述微針給藥系統(tǒng)具備柔性的特點，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)的微針是不載藥實心微針，使用起來安全有效；

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

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

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

附圖說明

圖1為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)分層結構圖。

圖2為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第1層結構圖。

圖3為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第2層結構圖。

圖4為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第3層結構圖。

圖5為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第4層結構圖。

圖6為一種壓控式柔性微針給藥系統(tǒng)第5層結構圖。

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)絡俯視圖。

圖9為所述微針給藥系統(tǒng)微流體通道側視圖。

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。

具體實施方式

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(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11×11的微針陣列6和對稱分布在微針陣列底部的微流體網(wǎng)絡頂端開口7，微流體網(wǎng)絡頂端開口與微針陣列的分布關系如圖7所示。當所述微針給藥系統(tǒng)施加在皮膚表面上時，微針陣列6可以穿透角質層并在生物體組織中建立皮下微細通道，藥液受到驅動后從微流體網(wǎng)絡頂端開口7流出，并通過建立的皮下微細通道進入體內(nèi)以實現(xiàn)給藥過程。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9。所述微流體網(wǎng)絡9由各微流體網(wǎng)絡分支對稱組合而成，所述各微流體網(wǎng)絡頂端開口7為微流體網(wǎng)絡9各分支的頂部開口。微流體網(wǎng)絡9與微流體通道的連接如關系如圖8所示，微流體網(wǎng)絡各分支與微流體通道的微流體網(wǎng)絡接入通道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)絡接入部分構成。

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的一側留有隔液膜小孔23，用于實現(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的一側留有隔液膜小孔21，實現(xiàn)空氣與液體的單向輸入輸出功能。

微流體網(wǎng)絡接入部分由微流體網(wǎng)絡接入通道10構成，微流體網(wǎng)絡接入部分負責連接微流體通道和微流體網(wǎng)絡。

微泵由微泵儲藥倉5、微泵接入倉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將微泵儲藥倉5和微泵接入倉15連接起來組合成微泵整體。微泵接入倉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。微泵儲藥倉5存儲藥液或者空氣。

單向閥工作原理如下：

以輸入單向閥為例，當微流體輸出端16形成低壓而微流體輸入端19形成高壓時，氣體或液體將通過在高壓的驅使下，從微流體輸入端19進入微流體輸入端隔斷通道18。由于壓強差的存在，氣體或液體將擠壓隔液膜29使其變形，導致隔液膜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入微流體聯(lián)通通道26，并通過隔液膜小孔23進入輸出端隔斷通道17，最終進入微流體輸出端16，實現(xiàn)了單向閥控制氣體或液體由輸入端流向輸出端的功能；而當微流體輸出端16形成高壓而微流體輸入端19形成低壓時，氣體或液體將通過在高壓的驅使下，從微流體輸出端16進入微流體輸出端隔斷通道17，并通過隔液膜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，微泵中存儲的藥液通過輸出單向閥輸出到微流體網(wǎng)絡，完成輸藥過程。

如圖11所示，在階段2中，當松放微泵，被擠壓的微泵復原，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處于相對高壓狀態(tài)。因此，外界裝藥池的藥液可通過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輸入單向閥進入微泵，完成裝藥過程。

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，微泵中存儲的藥液通過輸出單向閥輸出到微流體網(wǎng)絡，完成輸藥過程。

用戶反復的對所述微針給藥系統(tǒng)的微泵進行按壓和松放操作，可重復實現(xiàn)裝藥和輸藥過程。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發(fā)明，但應該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權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)明構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。