一种多波长激光促进透皮给药装置

1.本发明涉及激光领域，特别涉及一种多波长激光促进透皮给药装置。


背景技术：

2.药物是治疗疾病的主要手段。现阶段主要采用口服和注射两种给药方式。口服给药时肝脏和胃肠道水解酶会代谢药物，形成首过效应；并且药物吸收效果受个体胃肠道影响明显。注射方式对皮肤形成明显创伤，存在医疗污染和血源性感染的风险。透皮给药将皮肤作为给药途径，利用皮肤表面给药，使药物以一定的速率通过皮肤，经毛细血管进入人体循环，形成局部或全身的治疗作用。与现有给药技术相比，透皮给药具有微创伤性，无首过效应，毒副反应小和患者顺应性好等优势。
3.透皮给药的关键是克服皮肤对药物的屏障功能。为此，包括微针、超声、激光等技术均被引入到透皮给药中，用于在皮肤表面形成微孔，以促进药物分子透过皮肤表皮，进入到真皮的毛细血管。但是，由于人的皮肤存在差异，表皮厚度也不相同，以激光促进透皮给药为例，以固定功率密度激光照射给药皮肤时，有可能发生两种情况。一种情况是在皮肤表面形成的微孔深度可能没有达到皮肤的真皮层，这导致药物不能有效克服皮肤的障碍进入毛细血管循环；另一种情况是微孔过深，烧蚀到毛细血管，破坏了毛细血管结构，影响药物吸收。
4.因此，如何根据个体差异，调节激光参数，精确在皮肤表皮形成满足给药要求的微孔，是透皮给药需要解决的问题之一。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例中提供一种多波长激光促进透皮给药装置，实现了在皮肤表面形成微孔过程同时监控微孔深度，并根据微孔深度动态调节激光功率和作用时间的方法，提高了透皮给药的治疗效果和对患者的医治效率。
6.本发明实施例中提供一种多波长激光促进透皮给药装置，包括：第一激光器，用于在皮肤形成微孔；分光镜，用于将所述第一激光器输出的激光按照比例分成两部分，分别为第一激光束和第二激光束；第一探测器，用于接收所述分光镜反射的所述第一激光束，并基于所述第一激光束监控所述第一激光器的输出功率；光束整形单元，用于对所述分光镜输出的所述第二激光束进行光束整形，根据药物属性、与皮肤表面间的距离、皮肤给药区间，调整所述第二激光束光斑形状；具备俯仰和方位调节功能的扫描机构，用于确定与皮肤表面之间的距离，并根据给药区域设置调节步长和范围；第二激光器，用于照射皮肤并激发形成荧光信号；光学镜头，用于收集所述荧光信号；
第二探测器，用于实时监测所述光学镜头收集的所述荧光信号；控制单元，用于控制所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一探测器和所述第二探测器、所述光束整形单元和所述扫描机构，并收外部指令；所述控制单元通过外部指令获得皮肤给药区间预置参数，通过调整光束整形单元的参数，在皮肤表面获得预置的光斑形状，通过对比所述第二探测器采集的皮肤荧光信号随所述第一激光器照射过程的变化规律，依据所述第一探测器监测的激光功率数据，反馈调整所述第一激光器的输出功率和扫描机构以使得所述第一激光器在皮肤表面形成所需的微孔阵列结构。
7.作为一种可选的方案，还包括：滤光片，用于过滤掉所述荧光信号中所需表征荧光谱段以外的光信号，所述滤光片设置在所述第二探测器朝向皮肤表面的光路上。
8.作为一种可选的方案，所述滤光片一体设置在所述光学镜头上。
9.作为一种可选的方案，所述第一激光器为2.94μm的掺铒脉冲红外激光器或波长为10.6μm的脉冲co2红外激光器。
10.作为一种可选的方案，所述分光镜的分光比例以95：5或者90：10。
11.作为一种可选的方案，所述第二激光器为紫外或者紫光谱段激光的照明激光器，波长为270nm。
12.本发明实施例提供的一种多波长激光促进透皮给药装置，利用第一激光器产生主激光，通过外部指令获得皮肤给药区间预置参数，通过调整光束整形单元的参数，在皮肤表面获得预置的光斑形状，通过对比所述第二探测器采集的皮肤荧光信号随所述第一激光器照射过程的变化规律，依据所述第一探测器监测的激光功率数据，反馈调整所述第一激光器的输出功率和扫描机构以使得所述第一激光器在皮肤表面形成所需的微孔阵列结构。基于激光的单色性，实现了在皮肤表面形成微孔过程同时监控微孔深度，并根据微孔深度动态调节主激光功率和作用时间的方法，提高了透皮给药的治疗效果和对患者的医治效率。
附图说明
13.图1为本发明实施例中提供一种多波长激光促进透皮给药装置的结构示意图。
14.其中的附图标记包括：第一激光器1、分光镜2、第一探测器3、光束整形单元4、扫描机构5、第二激光器6、滤光片7、光学镜头8、第二探测器9、控制单元10、皮肤11、外部指令12。
具体实施方式
15.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
16.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内
容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
17.结合图1所示，本发明实施例中提供一种多波长激光促进透皮给药装置，包括：第一激光器1，用于在皮肤形成微孔，根据皮肤组织的吸收效应，第一激光器1的输出波长应为皮肤易吸收波长，优选为2.94μm的掺铒脉冲红外激光器，或者波长为10.6μm的脉冲co2红外激光器；分光镜2，用于将所述第一激光器1输出的激光按照比例分成两部分，分别为第一激光束和第二激光束，例如以95：5或者90：10的分光比例，将小部分激光作为第一激光束反射至第一探测器3，用于监视第一激光器1的输出功率，以便对激光输出功率进行调节。第一激光器1输出的大部分激光作为第二激光束经光束整形单元4聚焦后照射到扫描机构5；第一探测器3，用于接收所述分光镜反射的所述第一激光束，并基于所述第一激光束监控所述第一激光器的输出功率，以便对激光输出功率进行调节；光束整形单元4，用于对所述分光镜输出的所述第二激光束进行光束整形，根据药物属性、与皮肤表面间的距离、皮肤给药区间，调整第二激光束光斑形状；具备俯仰和方位调节功能的扫描机构5，用于确定与皮肤表面之间的距离，并根据给药区域设置调节步长和范围；第二激光器6，用于照射皮肤11并激发形成荧光信号，根据皮肤11结构特点，皮肤11表皮主要由角质形成细胞、黑素细胞、朗格汉斯细胞和梅克尔细胞等构成。真皮主要由纤维、基质和细胞组成，其中细胞主要有成纤维细胞、肥大细胞、巨噬细胞、真皮树枝状细胞、朗格汉斯细胞核噬色素细胞等。通过对比表皮与真皮组成，黑素细胞广泛存在于皮肤表皮中，是形成表皮黑素单元的主要组成。可以利用黑素对紫外波段激光吸收强的特点，基于斯托克斯效应，采集并监测表皮皮肤中黑素受到第二激光器6照射激发的荧光信号。根据黑素的吸收特点，优选波长处于紫外波段、处于400-450波段的紫光激光。结合激光器技术和皮肤组成，并不是所有处于该谱段的激光都可以作为照明激光，例如输出波长为430nm的激光，既处于黑素吸收峰，也是血红素吸收峰，当血红素吸收时会产生荧光输出。当波长为405nm的激光作用于皮肤表皮时，会透过皮肤表皮到达血管壁，在620nm-630nm之间形成一个发光带。黑素细胞质中含有特征黑素小体，是含有酪氨酸酶的细胞器，其中，酪氨酸酶在270nm紫外波段激光激发时会产生320nm的荧光输出。因此，可以优选270nm激光作为照明激光。类似的，可以通过分析不同在紫外和紫光波段的激光与黑素（酪氨酸）的作用效果，确定照明激光波长；光学镜头8，用于收集所述荧光信号，其参数设计与荧光谱范围有关；第二探测器9，用于实时监测所述光学镜头8收集的所述荧光信号，第二探测器9响应波段包含荧光范围，要求其灵敏度有效可响应第二激光器6照射皮肤11后的荧光强度；控制单元10，用于控制所述第一激光器1、所述第二激光器6、所述第一探测器3、所述光束整形单元4、所述扫描机构5、所述第二探测器9，并接收外部指令12，所述控制单元10通过外部指令12获得皮肤给药区间预置参数，通过调整光束整形单元4的参数，在皮肤表面获得预置的光斑形状，通过对比所述第二探测器9采集的皮肤荧光信号随所述第一激光器1
照射过程的变化规律，依据所述第一探测器3监测的激光功率数据，反馈调整所述第一激光器1的输出功率和扫描机构5以使得所述第一激光器1在皮肤表面形成所需的微孔阵列结构。
18.本发明实施例提供的一种多波长激光促进透皮给药装置，利用第一激光器1产生主激光，通过扫描机构5在皮肤表面按给药区域扫描成预置面积、间隔的微孔阵列，通过第二激光器6产生照明激光，利用照明激光激发皮肤中特定组成产生特定谱段荧光，通过第二探测器9采集荧光随第一激光器1在皮肤表面照射时间、第一激光器1功率的变换趋势，进一步确定第一激光器1在皮肤表面形成的微孔深度，若微孔已经到达真皮，则会导致荧光强度发生显著变化，进而确定微孔深度以满足给药要求。
19.在一些实施例中，为了更好避免对探测结果形成干扰，本装置还包括滤光片7，用于过滤掉所述荧光信号中所需表征荧光谱段以外的光信号，所述滤光片设置在所述第二探测器9朝向皮肤表面的光路上，可以安装在第一探测器3之前，可安装在光学镜头8之前，本实施例中，滤光片7一体设置在所述光学镜头8上。
20.本发明实施例提供的一种多波长激光促进透皮给药装置，具体包括第一激光器1，分光镜2，第一探测器3，光束整形单元4，扫描机构5，第二激光器6，滤光片7，光学镜头8，第二探测器9，控制单元10。第一激光器1为主激光器，用于在皮肤表面形成微孔，其输出激光经分光镜2分光后一部分进入第一探测器3，用于监视第一激光器1的输出功率，另一部分进入光束整形单元4，聚焦后照射到扫描机构5的表面。扫描机构5具备俯仰和方位调节功能，根据扫描机构5与皮肤11之间的距离，根据给药区域，设置调节的角度。第二激光器6为照明激光器，用于照射皮肤，形成荧光信号，荧光信号与第二激光器6的波长有关，根据荧光谱范围，可确定滤光片7的滤光波段，并设计光学镜头8，收集荧光信号，同时将信号输入到第二探测器9，实时监测荧光信号的变化。数据传输至控制单元10，用于对系统进行控制。
21.本发明实施例提供多波长激光促进透皮给药装置的优点包括：（1）利用激光，在无接触情况下在皮肤表面形成微孔，促进药物、特别是大分子药物的透皮给药；（2）提出了一种皮肤表面微孔深度监测技术。该技术利用激光激发皮肤表皮黑素产生特定谱段荧光的特征，监测主激光照射皮肤形成微孔由表皮至真皮的变化过程。避免了现有透皮给药技术由于受试个体差异导致的微孔过深或者微孔深度不够，进而影响透皮给药治疗效果；（3）该方法利用红外谱段激光作为主激光，利用紫外或者紫光谱段激光作为照明激光，基于激光的单色性，实现了在皮肤表面形成微孔过程同时监控微孔深度，并根据微孔深度动态调节主激光功率和作用时间的方法，提高了透皮给药的治疗效果和对患者的医治效率。
22.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
23.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。