基于微针力场与摩擦电场耦合的经皮给药系统

1.本发明涉及一种生物医学领域的装置，尤其涉及一种基于微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统。


背景技术：

2.近年来，微机电系统mems（micro-electro-mechanical systems)技术的不断进步，使得许多应用于医疗经皮给药的微针已经被加工出来，然而现有技术使用微针传递药物的效率太低，主要是通过微针刺穿皮肤后依靠渗透作用达到递药的目的。这种方法传递药物的速率较为缓慢。因此，如何提高微针经皮给药的递送速率是亟待解决的问题。实心微针能机械性破坏皮肤角质层，将药物成功输送到表皮中，让人体产生强而稳定的免疫反应，而且不舒适感和皮肤的损坏程度少，所以实心微针对未来的透皮给药有可观的前景，是药物传输发展的一个新方向。
3.目前完全集成的微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统还未有应用的先例，一方面由于材料的限制，使得微针与摩擦生电装置的耦合效果不理想，另一方面，摩擦生电装置体积小导致产生电流过小，电流到达微针后促进给药效果不明显。
4.经对现有技术文献的检索发现，n.roxhed, b.samel等人在ieee international conference on micro electro mechanical systems (mems)（2006）：414
–
417 撰文“compact, seamless integration of active dosing and actuation with microneedles for transdermal drug delivery
”ꢀ
（“用于经皮给药的定量控制和驱动微针系统”《ieee国际微机电系统技术会议》）。该文中提及的加工经皮给药系统的方法是采用多层结构制作微针经皮给药系统，即采用微针阵列芯片与电子加热芯片结合组成微针系统。通过加热芯片以调节温度控制注入药液从空心微针流出的流量。但是，这样一方面增大了工艺的复杂性，另一方面，加热控制的效率低，效果不明显，而且加热容易造成大分子药物失效。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统。
6.本发明的一种基于微针力场与摩擦电场耦合的经皮给药系统，包括实心微针、聚合物薄膜、电极以及导线，所述实心微针背部具有凸起的导电微结构，所述聚合物薄膜底部具有相应的凹陷微结构，所述聚合物薄膜底部和所述实心微针背部配合并组成摩擦生电微结构，所述电极为覆盖在聚合物薄膜上部的导电层，所述导线连接所述实心微针微针与所述聚合物薄膜。
7.进一步的，所述的实心微针由不锈钢材料制成。
8.进一步的，所述实心微针背部具有凸起的圆柱形或者正方体或者四棱锥的导电微结构，所述实心微针为摩擦生电微结构的正摩擦层以及下电极。
9.进一步的，所述实心微针背部是通过光刻加工工艺制成的，以形成摩擦生电微结构的导电层。
10.进一步的，所述聚合物薄膜采用聚二甲基硅氧烷材料制作而成。
11.进一步的，所述的聚合物薄膜底部具有相应的凹陷的圆柱形或者正方体或者四棱锥的微结构。
12.进一步的，所述聚合物薄膜底部采用模型复制工艺成型凝胶态聚合物制作而成。
13.进一步的，所述的电极为覆盖在聚合物薄膜上部的金属导电层。
14.本发明的基于微针力场与摩擦电场耦合的经皮给药系统，在经皮给药时，微针微结构在皮肤表层开出传递药物的主要通道，摩擦生电微结构实现传递药物的次要通道并保障主要通道畅通。微针上的电流刺激药物主要流通通道使其收缩趋缓，保证药物透过皮肤的传递效率。
15.本发明基于微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统，可实现微针力场与摩擦电场协同耦合的双重微创机制传递多种药物，与现有技术相比，微针上的电流刺激皮肤使药物透过皮肤的效率大大提高，操作简单，可随时随地使用，为家庭医疗、移动医疗及穿戴式医疗提供应用参考。
附图说明
16.图1为本发明的基于微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统的结构示意图；图2为本发明中实心微针和聚合物薄膜的配合关系示意图；图中：电极1、聚合物薄膜2、聚合物薄膜底部3、实心微针背部4、实心微针5、微针针尖6、导线7。
具体实施方式
17.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
18.请参阅图1-图2，本发明提供一种基于微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统，包括电极1、聚合物薄膜2、聚合物薄膜底部3、实心微针背部4、实心微针5、微针针尖6、导线7。其中，电极1覆盖在聚合物聚合物薄膜2上，聚合物薄膜底部3和实心微针背部4组成摩擦生电微结构。实心微针5和带电极的聚合物薄膜2通过导线7连接。
19.在一个实施方式中，电极1为铝箔纸，是摩擦生电装置中的上电极，器件工作时产生的电子会通过导线7流经电极1。
20.在一个实施方式中，聚合物薄膜2采用热稳定性好、可极化、易加工的聚二甲基硅氧烷（pdms）制作而成。该材料柔韧性好，摩擦电性能优越，作为摩擦生电微结构中的负性摩擦材料。所述的聚合物薄膜底部具有相应的凹陷的圆柱形或者正方体或者四棱锥的微结构。其聚合物薄膜底部凹陷的微结构3通过模型复制工艺制作而成。
21.在一个实施方式中，实心微针5选用不锈钢金属切割成微方柱，然后经过湿法腐蚀
微柱得到实心微针。实心微针5作为摩擦生电微结构的正摩擦层以及下电极。
22.在一个实施方式中，实心微针背部凸起的圆柱形导电微结构4采用光刻工艺加工制成。与聚合物薄膜底部3相对应，增大摩擦层的接触面积，达到增大电压的效果。
23.在一个实施方式中，实心微针5和带电极的聚合物薄膜通过导线7连接。器件工作时电子通过导线流经上下电极。
24.本发明的工作原理为：通过外力使聚合物层2和实心微针5进行接触分离，两者接触过程中产生摩擦电荷，同时实心微针5刺入皮肤，微针针尖6在皮肤表层开出传递药物的主要通道。两层之间形成摩擦电场，使得电荷通过导线7在上下电极间流动，从而使得微针针尖6上有电流通过，微针上的电流刺激药物主要流通通道使其收缩趋缓，保证药物透过皮肤的传递效率。
25.本发明可根据具体的应用要求，采用相应的尺寸。如下表1列出了整个经皮给药系统尺寸大小为1
×1×1㎝³
的一组设计参数。
26.表11
×1×1㎝³
尺寸经皮给药系统的一组设计参数可以理解的，在另一个实施方式中，聚合物薄膜2还可以采用ecoflex制作而成。该材料柔韧性好，摩擦电性能优越，作为摩擦生电微结构中的负性摩擦材料。其聚合物薄膜底部凹陷的正方体微结构3通过模型复制工艺成型凝胶态聚合物制作而成。
27.可以理解的，在另一个实施方式中，实心微针背部具有凸出的正方体导电微结构4。微针背部凸起的正方体导电微结构4采用光刻工艺加工制成。与聚合物薄膜底部3相对应，增大摩擦层的接触面积，达到增大电压的效果。
28.本发明可根据具体的应用要求，采用相应的尺寸。如下表2列出了整个经皮给药系统尺寸大小为0.7
×
0.7
×
0.7
㎝³
的一组设计参数。
29.本发明基于微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统，在经皮给药时，微针微结构在皮肤表层开出传递药物的主要通道，摩擦生电微结构实现传递药物的次要通道并保障主要通道畅通。微针上的电流刺激药物主要流通通道使其收缩趋缓，保证药物透过皮肤的传递效率。
30.本发明基于微针力场与摩擦电场耦合的微创机制经皮给药系统，可实现微针力场
与摩擦电场协同耦合的双重微创机制传递多种药物，与现有技术相比，微针上的电流刺激皮肤使药物透过皮肤的效率大大提高，操作简单，可随时随地使用，为家庭医疗、移动医疗及穿戴式医疗提供应用参考。
31.上述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。