基于数字微针的无痛强促渗智能给药系统关键技术的研究

In medical practice, drug treatment is not only dependent on the drug itself, but also affected by the influence of drug delivery, which sometimes even has an important impact on efficacy. Two kinds of traditional oral and parenteral drug delivery methods are convenient, but easily destroyed by the decomposition, reduce or lose its potency, or more vulnerable steps, even some people with needle phobia can cause fainting and other serious consequences. The smart drug delivery system with digital-microneedle-based and sonophoresis can avoid or eliminate these effects. Moreover, the smart system with sonophoresis can increase the permeability and diffusion in human issue. In addition, owing to actuating structures, the system can also implement continuous and quantitative drug delivery, achieve intelligent drug delivery, especially realization of minimally invasive and painless, and better meet the needs of medical treatment. The systems can be also used for the systems for real time blood sampling and analysis and subsequent closed loop control for physiological function. The one studied on this project is novel and different from traditional drug-delivery systems, which means that such devices could eventually be inexpensive and miniaturized to the size of a cell phone enough to be as widespread to the medical practice, and potentially causes future medical drug delivery methods to change.

在医学实践中，药物的治疗作用既依赖于药物本身，也受药物的输送过程的影响，有时甚至对药效有着重要的影响。传统的口服和注射方式虽方便，但很容易被分解破坏、降低或失去 药效，且易感染，甚至有的患有针恐惧症患者会引起昏厥等严重后果。本项目采用的基于数字微针的智能强促渗的智能给药系统的输药方式可以避免或消除上述结果的出现。 而且，本项目在数字微针阵列智能给药系统的基础上，采用超声促渗，提高药液在皮下组织的渗透率和吸收率。该系统具有数字微针阵列的智能执行机构，可以实现定时定量连续输药，使药物输送智能化；且能实现微创和无痛，更好满足医学治疗的需要。该系统也可用于实时血液采样分析系统和随后的闭环生理功能控制。该项目研究的是一种全新的不同于传统的智能给药系统，具有自给药和超声强促渗的给药微系统。将会促使低价格和易携带的、甚至像 智能手机一样的医学设备出现，潜在的引发将来的医疗给药方式的变革。

给药方式影响药物的疗效。皮下给药方式消除了传统给药方式如口服的首过效应和注射方式引起的疼痛等弱点，很有希望替代传统的给药方式，成为新的主要给药方式，具有很好的应用前景。但是该方式药物的输送效率低成为该方式成为主要给药方式的瓶颈。本项目的研究基于MEMS技术的无痛强促渗智能给药系统能够有效克服角质层的屏障作用，提高药物溶液在表皮层和真皮层的渗透率和药物的输送效率。本项目围绕无痛强促渗智能给药系统的目标，从微系统各部分的结构设计、结构分析、性能仿真分析、微加工工艺、集成化与应用创新等方面进行了系统的研究。此外，提出了新型的微针阵列椭圆弧形柔顺驱动机构，并对该新型结构进行了仿真分析和优化，对该微结构的加工工艺进行了分析和安排。而且，为了避免微针针头在刺入皮肤过程中可能断裂、残留在组织中的医学风险，提出了新型复合式可溶微针。本项目对影响电容式传感器寿命的电荷效应也进行了理论分析。提出了介电充电的非接触充电与接触充电模型，探讨了影响电荷效应的主要因素，提出了减小和消除电荷效应的方法。而且，对超声促渗的机理进行了详细的讨论。提出了新型的基于MEMS微针的超声强促渗的微给药系统，对给药微系统进行了声场和流场分析，为超声促渗的研究提供了有力的支撑。最后，对无痛强促渗智能给药系统的工艺进行了分析和编排。为强促渗智能给药系统的进一步应用奠定了扎实的理论和技术基础。