专利名称：无痛微型给药装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种将药物引入体内的医疗器械，尤其是一种无痛给药装置，特别用于胰岛素注射的无痛微型给药装置。
(2)背景技术微机电技术与生化医疗技术的融合将带来新的实用技术和新兴产业，社会的需要期待着这个融合的快速进展。作为这个融合一部分的μ-TAS(Micro-Total Analytical System)、DNA检测芯片、微型芯片流体力学以及生物芯片技术等在飞速发展。随着医药技术的迅速进步，高效小剂量的药物也在逐步走向市场。但是困扰着医药临床使用的几个方面，比如对非期望用药部位的药物毒副作用，到达疾患部位的有效药物浓度低下，以及复杂处方的智能型投药方法等问题长时间以来没有能够得到实际解决。(参见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)。健康检测芯片，亦即从微量的血液样品中检测出体液的pH值，Na+，K+，葡萄糖，尿素氨气等影响人体健康的化学生物量，在自己家中就能自我诊断自己健康状态的微型医疗机械已经得到了长足的研究，离实用化越来越近，(参见A.Oki，et al.，2001Intern.Conf.on Solid State Device and Materials，Tokyo，p460，2001)。此外，在有机基板上形成血液流路以及适应生化研究的流路内壁材料的开发完成，(参见K.Ishihara，et al.，J.Biomat.Mat.Res，26，(1992)1543)，生化测量检测信息量的放大Flow-FET构造的制作成熟，(参见A.Van den Berg，Science，Vol.289，(1999)942)等，可以直接用于医疗和健康诊断的微机电产品显示了微机电在医疗领域里的巨大应用潜力。近年来，人们越来越重视药物的毒副作用，希望用最小的药量达到最佳的医疗效果，药物运输系统(Drug Delivery System，DDS)就是在这个背景下得到开发的。但是这个系统首先要求把微型药丸植进人体内，这在使用上带来了一定的困难，而且有相当的使用局限。现代人糖尿病人数的激增，中国已上升为世界第二糖尿病患者大国(成年人患病率达3％～6％；因数据来源不同而有一个分布范围)。尽管已经有了一些已经投入市场使用的灵巧便捷的胰岛素注射器械，但是基本注射方式仍然采用传统式的每日数次自己扎针注射的方法，给患者带来皮肉和精神上的痛苦。本项目就是在这些医疗临床需要的背景下展开的。
(3)发明内容本发明旨在提供一种可将药物定量定时定点无痛注入人体浅表，然后使药物自然扩散到深部疾患部位以达到高效利用药物，减小对其他非疾患部位的毒副作用的微型给药装置。
无痛微型给药装置设有针尖丛，用于插入皮肤浅表给药，由至少2根注射针尖排列而成；药液容器，用于储存药液，其下部连通针尖丛的上部，其固定件上设有进气口、出气口和外接控制电路及气体导管的容器接口，容器接口外接控制电路、气泵及电源系统；压力传感器分别设于药液容器内和用于插入皮肤的针尖部，信号输出端接容器接口。
针尖丛可与药液容器(含固定件)一体化。针尖丛可设为多排针尖阵列。
所说的用于插入皮肤的注射针尖的针头部分的横向尺度L为60μm≤L≤100μm，以便不给皮肤带来可感刺激，减少因皮肤受刺激的不自主抽搐而给针头带来应力导致针头折断和使用上的舒适。
所说的用于插入皮肤的注射针尖插入皮肤的针体总长度h≥800μm。最好h∶L≤12。
所说的药液容器的硬外壳腔内可设储存药液的软体药包。
所说的针尖部的压力传感器可采用超微型压力传感器并联组列。
本实用新型可与已有的控制电路、时钟程序控制电路衔接，即构成一种无痛介入人体表浅部位将药物定量、定时、定点注入人体浅表，然后自然扩散到深部疾患部位，以达到高效利用药物，减少对其它非疾患部位的毒副作用的微型智能型医疗器械，可将其应用于糖尿病患者的胰岛素注射；用于浅表静脉注射，作为静脉血压监测的探头；用于微量生化检验抽取样品用针头，关节骨质增生痛风风湿类的治疗，癌症以及HIV等的复杂多种类药物的时间差式投药治疗；应用于微型医疗器械的微流量控制系统和医疗监测系统等。其优点在于1)药物利用效率高，对人体其他正常人体组织的影响小；2)本器械的特点是经皮下浅表组织吸收扩散直达患部，由于不需要经过肾脏消化道等器官，对一些脏器异常的患者也可以考虑使用；3)特别是对于那些患部毛细血管分布较少，靠血液循环不能达到预期疗效的疾患，可以发挥其独特的效果(比如关节的韧带结蒂组织的有菌和非有菌型炎症等)；4)使用自由方便，不需要患者定时惦记服药且药物在患部的浓度容易维持恒定；5)满足时间差式服用不同种类的药物(如癌症，HIV等)的治疗需要。6)对于目前的胰岛素注射用途而言，它大大减轻了患者的痛苦和惦记打针的麻烦。
(4)
图1为微型给药装置实施例的结构示意图。
图2为微型给药装置实施例的控制电路电原理图。
(5)具体实施方式
以下实施例将结合附图对本实用新型作具体的说明。
由图1可见，微型给药装置由针尖丛阵列1、药液容器2、压力传感器3组成。针尖丛与药液容器呈一体化结构(一次性使用)，针尖丛的注射针尖11如图1所示，其结构类似于普通的注射针头，其横向尺度为60～100μm。针体长度800～1000μm。药液容器2的下部连通针尖丛，腔内设药液包21，固定支架22上设进气口23、出气口24和外接控制电路及气体导管的容器接口25，进气口23和出气口24分别与药液容器2的内腔连通，容器接口25的一端连接压力传感器3的信号输出端。压力传感器3设于药液容器2的内腔，压力传感器3的传感器针尖部31与针尖丛并列。使用时可将药液容器连同针尖丛用固定物(例如特殊固定胶布5等)固定在皮肤上。
考虑对人体的介入安全性等临床要求，可采用全硅工艺来制作，为了不给皮肤带来可感刺激，减少因皮肤受刺激不自主抽搐而给针头带来应力导致针头折断和使用上的舒适，插入皮肽针头部分的横向尺度最好不应大于80微米。由于人体不同部位皮肤下的实际压力因人体姿势不同变化很大，为了避免体液逆流带来导致针管阻塞的可能性，插入人体针尖部的实际压力必须小于药液容器的压力。人体各部皮肤的厚度因人因体位不同而异(文献记载为0.6～3mm)，因此插入皮肤的针体总长度应可以调整，但最好不得小于800微米。针头尖锐带来的一个首要困难就是折断问题。经验表明，当针体的纵横尺度之比不大于12时，棒状硅材料有足够的强度。微型给药装置可配合有源程序时钟控制电路模块(含抽充气泵)4。时钟控制电路部分和气泵单独设计且自带电源。整个装置的钮扣电池电源和小型充气抽气泵设在有源程序时钟控制电路模块上，药液容器2和针尖丛1一体化，控制电路模块部分采用插入式通过控制电路及气体导管集成接口41(参见图1)与药物容器的容器接口25连接。药液容器2与针尖丛1是一次性的(防止交叉感染)，有源程序时钟控制电路模块部分成本相对较高设计可以重复使用。设计连续使用不超过4天，药液容器应有4天的容量，同时还有必要与生产药厂协作，配制专用的浓缩胰岛素药液。
本实用新型的工作原理为有源控制电路模块4插入药液容器2的接口25后，控制药液流量的充排气路和电路就处于可使用状态。根据人体需要量和药物的种类选择不同的注射控制程序，将其固定(考虑采用粘贴在患部皮肤表面的方式，比如在腋下胸侧等受人体运动形变较小部位)在经过消毒的皮肤表面。在药液容器2与控制模块4之间有电路和气路(充排气路各一条)连接，打开开关后器械就处于程序控制之下自动动作。当到了注射时刻时，抽气泵会受程序控制抽空微米针尖丛1与皮肤之间的空气，提起皮肤将针尖小应力插入皮肤浅表，然后开始按照设计好的程序定量定时注射药液。在抽取皮肤与针尖丛之间的空气时，使针尖丛被动插入皮肤，减少了插入过程中针尖丛所受的应力，同时减少了针尖丛折断的几率。
药液容器可设计为两层构造外表的硬壳层用来承受粘贴胶布兼作保护针尖丛，内侧部分则采用软包装的药液包21，以便空气充到硬外层与软内层之间时增大药液压力到足以将药液注射到皮肤内浅表。注入药液的量由制作在药液容器2内部的压力传感器3和插入皮肤浅表的针尖31上的压力传感器的压力差和注射时间长度来控制，控制电路模块会将压力差转变成电压差来控制流量。控制电路模块4上的时钟系统控制着注射的起止时间，因此注射的药液量和注射时刻可以精确控制。注射结束时，抽气泵停止工作，外界大气会自然充斥到针尖丛与皮肤之间的空间，使皮肤与针尖丛分离。同时充气泵停止工作，保持药液容器内压与针尖丛出口处几乎处于相同的大气压，毛细现象会帮助防止药液从针口处漏泄。
注射细针尖的材料常采用直径非常细的不锈钢管加工，然后经过研磨形成尖锐角度后在用强电场下精细打磨加工而成。但由于本方案必须要在针管尖端做压力传感器来控制药液流量，因此不锈钢材质不可取。全硅针尖丛的形成工艺大体如下；首先将针尖丛分成只有药液通道的和只有压力传感器的两类，以减少制作的难度。事实上一组微针尖丛上只要有一根制作有压力传感器的针尖就足够了。具体的微型中空针头和带有压力传感器阵列的针头构造图请参见图1，图1中的空芯部12由曝光刻蚀形成，注射针尖完全形成后要在臭氧中对表面进行钝化处理，减小硅与水性药液之间的浸润角。作为实施例给出一种微米针尖阵列的制作流程为1)SOI硅片以及一般硅片的准备；2)底层SOI硅片上的针尖阵列形成；3)顶层硅片的阵列分离完成；4)上下硅片的精密粘贴和完成；5)带有压力传感器的针尖的标定；6)零压力对称构造包装的完成。
微米针尖丛只能是以一排单列形式制作，相对大的注射剂量需要多排这样的单列针尖丛的叠层键合。为了防止由于键合带来的内部应力使针尖阵列歪斜或参差不齐，拟采用在针尖阵列两侧对称等厚玻璃夹心键合(硅-玻璃键合)。然后，依照单次注射药液的量和总容量来决定采取针尖阵列的层排数。这样，排与排之间的键和就是相对比较容易的玻璃-玻璃键合了。
将检测微小电容容量精确变化的电路，外加时钟控制电路和与之匹配的充排气泵，就可以完成控制系统。图2给出一个已有的控制电路的实施例。在图2中，U1，U2分别为T，P型集成电路，集成电路U3LP2951型，U4MC3403P型。输入端IN接压力传感器的信号输出端，输出端OUT接气泵。电阻R1～R310K，R41K，R5332K；电容C115P，C2，C7，C81μ，C3～C50.01μ，C60.1μ，C9150P，C10可变电容，C111.3P，C12，C131500P。
权利要求
1.无痛微型给药装置，其特征在于设有用于插入皮肤给药的针尖丛，由至少2根注射针尖排列而成；药液容器，其下部连通针尖丛的上部，其固定件上设有进气口、出气口和外接控制电路及气体导管的容器接口，容器接口外接控制电路、气泵及电源系统；压力传感器，设于药液容器内，设有用于插入皮肤的针尖部，信号输出端接容器接口。
2.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于所说的针尖丛与药液容器一体化。
3.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于所说的针尖丛设为多排针尖阵列。
4.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于所说的用于插入皮肤的注射针尖的针头部分的横向尺度L为60μm≤L≤100μm；所说的用于插入皮肤的注射针尖插入皮肤的针体总长度h≥800μm。
5.如权利要求4所述的无痛微型给药装置，其特征在于所说的h∶L≤12。
6.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于所说的药液容器腔内设储存药液的软体药包。
7.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于所说的压力传感器采用超微型压力传感器并联组列。
8.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于所说的固定件为固定支架，在固定支架上设进气口、出气口和外接控制电路及气体导管的容器接口，进气口和出气口分别与药液容器的内腔连通，容器接口的一端连接压力传感器的信号输出端。
9.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于压力传感器的传感器针尖部与针尖丛并列。
10.如权利要求1所述的无痛微型给药装置，其特征在于在皮肤与针尖丛之间的空气进出口处设纳米孔隙材料保护层。
全文摘要
属于一种将药物引入体内的微型无痛给药装置，设有针尖丛、药液容器，其下部连通针尖丛上部，固定件上设进出气口和外接接口；另设有压力传感器，输出端接容器接口。与已有的控制电路衔接，即构成一种无痛介入人体表浅部位将药物定量、定时、定点注入人体浅表，然后自然扩散到深部疾患部位，以达到高效利用药物，减少对其它非疾患部位的毒副作用的微型智能型医疗器械，可将其应用于糖尿病患者的胰岛素注射、浅表静脉注射、微量生化检验抽取样品用针头、关节骨质增生痛风风湿类的治疗、癌症以及HIV等的复杂多种类药物的时间差式投药治疗；应用于微型医疗器械的微流量控制系统和医疗监测系统等。药物利用效率高，对人体其他正常人体组织的影响小。
文档编号A61M5/00GK1451446SQ0312358
公开日2003年10月29日 申请日期2003年5月14日 优先权日2003年5月14日
发明者高文秀, 郑川, 高向瞳 申请人:厦门大学