CN100376299C - 化学反应气压式微胶囊药物释放方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化学反应气压式微胶囊药物释放方法，是通过化学反应尘成气体产生的气压驱动微胶囊内的药物存储囊，使药物存储囊将药物释放；本发明还涉及实现所述方法的化学反应气压式微胶囊药物释放装置，由气源装置、挡板、电源、外壳、单向阀、电磁阀、药物存储囊构成，装有通过反应生成气体的化学物质的气源装置安装在电源和药物存储囊之间，挡板把气源装置与药物存储囊密封隔开，挡板上装有单向阀，药物存储囊与外壳的接触处装有另一单向阀；本发明可以控制化学物质的混合反应，实现药物释放机构的自动控制，提高工作效率；本发明使得微胶囊药物释放装置结构简化，尺寸缩小，空间利用率大幅提高，能携带大量的药物，同时成本大为降低。

Description

化学反应气压式微胶囊药物释放方法及其装置

技术领域

本发明涉及机械学科的微机电系统技术领域，具体是指化学反应气压式微胶囊药物释放方法。本发明还涉及所述药物释放装置。

背景技术

微机电系统(Micro Electronic Mechanical System，MEMS)研究是机械科学的前沿领域，它涉及电子工程、机械工程、材料科学、物理学、化学以及生物医学等多学科领域。体内药物释放微机器人是典型的微机电系统，具有十分广阔的应用前景和社会需求。例如，用于消化道疾病治疗、人体药物吸收等。

现有的药物释放的驱动方法包括以下几种：

1)静电驱动方法，主要由一个可动电极和一个固定电极组成，静电产生的压力与电极施加的电压的平方成正比，与电极间距离的平方成反比，因此压力的提高受到制动器位移量的限制。

2)电磁驱动方法，电磁驱动器是MEMS装置中最常用的驱动器之一，如电磁阀。

3)压电驱动方法，压电驱动器是由压电陶瓷片(PZT)和电极组成的。

4)热气动驱动方法，热气动驱动器由密封的压力室和属于压力室一部分的可移动膜片组成。室腔里的气体通过电加热膨胀产生压力，从而推动膜片工作。

5)双金属驱动方法，双金属是由两种导热系数不同的金属组合而成，热驱动双金属片驱动的原理是利用其中两种金属在相同温度差下膨胀或收缩量不同产生内应力，从而使双金属片发生变形而工作的。

6)形状记忆合金(SMA)驱动方法，SMA由Ti-Ni合金构成，利用材料母相在超过某一温度的情况下冷却产生马氏体相变，经加热至一定温度后又转变为母相的特性，使其具有形状记忆效应(SME)。

现有的体内药物释放微机器人，如德国Hugeman等人于1981年研制了利用射频信号触发的微消化道定点药物释放系统，但是系统过于复杂。1999年荷兰某大学推出了一种基于电化学原理驱动的微泵，通过电化学反应，由电极产生的气泡来驱动微流道中的液体。华南理工大学开发与研究了一种体内胶囊式药物释放微机电系统机构，它利用微螺旋螺杆的原理，通过电机轴与螺杆连接，电机运动时推动螺母做直线运动，并将药物推送到肠道内部。重庆大学研制了一种用于肠道药物释放和采样的遥控式微型药丸，药物封装在单向阀和活塞之间，单向阀在外部压力作用下处于闭合状态，在内部压力作用下，可以单向打开，单向阀打开时，药液从单向阀门释放出来。日本Rfsystemlab研制的具有药物释放功能的NORIKA3多功能内窥镜胶囊已经进入临床使用，但仍存在许多技术问题。法国Labert等开发了”Telemetric Capsule”，利用外部磁场触发磁开关控制药物释放，通过一个齿轮的旋转来确定药丸在肠道中的位置，缺点在于机械结构过于复杂而可靠性低。由美国InnovativeDevice公司开发的InteliSite TM药丸，利用外界能量触发形状记忆合金来释放药物，缺点在于触发时间较长。Phaeton Research(Nottingham，UK)研究开发的Enterion TM药丸，利用高频磁场触发控制机构，采用闪烁扫描法(Gamma scintigraphy)进行药物位置监测。

药物释放机构是药物释放微机器人的关键，药物释放机构一般必须满足以下几点：

1)药物释放迅速、完全，适应多种剂型。

2)具有高的药物空间占用率。

InteliSite TM药丸采用了一种内外套筒结构，当内套筒旋转一定角度时，内外套筒上面的小孔对齐，内套筒中的药物从而释放出来，该结构适合粉末药物的释放，速度较慢。“Telemetry capsule”药丸将药物密封于一个充分膨胀的气球囊中，遥控刺破气球囊而释放药物，药物释放速度快而可靠，但只适合液体药物。重庆大学研制的消化道定点药物释放药丸，药物装在一个可脱离的O型硅橡胶密封环和活塞之间，驱动机构驱动活塞向前快速运动，将药物及O型密封环一起推出储药仓，目前该胶襄机器人已经通过动物实验。

采用以上几种驱动方法的药物释放微机器人，由于种种原因，如有的驱动装置构造复杂，驱动元件昂贵，有的可靠性不足等，使得目前药物释放微机器人还无法推广临床使用。当然，这也与人体内复杂的环境以及体内对异物的排异性有关。例如，“射频信号触发驱动”、“电化学原理驱动”等方法，由于结构复杂等原因，目前还无法研制出药物释放微机器人。“螺旋螺杆运动驱动”方法正在研究之中，这种微机器人驱动器的长度超过所用微电机的两倍。此外，液体释放总量最多只能达到1000μL/min，还是略显不足，不能满足我们的药物治疗要求。

总之，尽管国内、外已经研究了多种药物释放微机器人，但是，仍然急需研究简单、可靠、造价低廉、可应用于临床的体内胶囊式药物释放微机器人。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种化学反应气压式微胶囊药物释放方法，这种方法可以大大简化微胶囊药物释放装置的结构，缩小几何尺寸，提高药物释放装置的操控灵活性和简易性，并且大大降低制造成本，便于体内药物释放微机器人的推广应用。

本发明的目的还在于提供实现所述方法的药物释放装置。

本发明的化学反应气压式微胶囊药物释放方法，是通过化学反应生成气体产生的气压驱动微胶囊内的药物存储囊，通过压缩使药物存储囊将药物释放。

为了更好地控制药物在人体内的释放部位和时间，通过体外磁控装置控制微胶囊内的电磁阀开关来控制化学反应的发生。

实现本发明所述方法的化学反应气压式微胶囊药物释放装置，由气源装置、挡板、电源、外壳、单向阀、电磁阀、药物存储囊构成，装有通过反应生成气体的化学物质的气源装置安装在电源和药物存储囊之间，挡板把气源装置与药物存储囊密封隔开，挡板上装有单向阀，药物存储囊与外壳的接触处装有另一单向阀。

其工作原理如下：化学物质发生化学反应生成气体使气源装置内部气压增大，使单向阀打开，气压驱动药物存储囊，药物存储囊驱动药物运动，药物存储囊内部的压力增大，另一单向阀打开，则药物存储囊内的药物被释放出来。

为了更好地控制药物在人体内的释放部位和时间，两种通过反应可生成气体的化学物质分别放在气源装置的两个密封层隔离的舱内，密封层上安装由体外磁场控制所述化学物质混合并发生化学反应的可以关闭或打开的电磁阀。电磁阀在体外磁控装置的作用下，可以在密封层表面开一小通孔，使两种化学物质发生混合反应生成气体使气源装置内部气压增大，使单向阀打开，气压驱动药物存储囊，药物存储囊驱动药物运动，药物存储囊内部的压力增大，另一单向阀打开，则药物存储囊内的药物被释放出来。

所述的药物存储囊可以选用通用的药物胶囊，最佳选用弹性薄膜式气囊。

由此可见，利用本发明的方法可以使本发明的药物释放装置结构大大简化，并能携带较大量的药物，提高微机器人的空间利用率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、采用本发明方法驱动的胶囊式药物释放微机器人可实现药物释放自动操控，提高诊断和治疗的自动化和缩短诊疗时间。

2、基于本发明方法，采用化学反应产生气体，通过气压驱动存储囊，存储囊驱动药物释放的方法可以使得药物释放装置的体积更小，结构简化。

3、实现本发明方法的装置，其药物存储装置空间大，可以携带更多的药物，空间利用率高。

附图说明

图1是本发明化学反应气压式微胶囊药物释放装置的结构示意图。

图2是图1的药物释放装置的药物释放过程示意图。

具体实施方式

采用本发明，可研制各种MEMS装置，例如，用于消化道疾病治疗及人体药物吸收研究的体内胶囊式药物释放微机电系统。本实施例中以用于人体药物吸收研究的微胶囊式药物释放装置的研制为例。

如图1所示，气源装置和挡板12、电源1、外壳6、单向阀13和8、药物存储囊7构成微胶囊药物释放装置，其中，气源装置由化学物质舱2、10、密封隔离层4和电磁阀9组成，装有通过反应可生成气体的化学物质的气源装置安装在电源1和药物存储囊7之间，挡板12把气源装置与药物存储囊7密封隔开，挡板13上装有单向阀12，药物存储囊7与外壳6的连接处装有另一单向阀8。

两种通过反应可生成气体的化学物质分别放在气源装置的两个被密封层隔离的化学物质舱2和10内，密封隔离层4上安装电磁阀9，电磁阀可以由体外磁场控制关闭或打开，以控制使所述化学物质混合并发生化学反应。

本实施例中采用碳酸钠与盐酸反应生成气体，待释放的药物为液体状药物。在人体胃肠道内部，胶囊式药物释放微机器人由胃肠道蠕动驱动前进。当它到达病变部位时，通过控制气源装置内密封隔离层4的电磁阀9，打开一小通孔，两种化学物质混合发生反应，生成大量的气体使气源装置内部气压增大，致使单向阀13阀门打开。释放的气体驱动存储囊7内的液体药物，药物存储囊7内部的压力增大，致使单向阀8的阀门打开，将药物不断释放出去。

图1也揭示了本发明的工作原理，本发明的药物释放是通过化学物质发生化学反应产生气体，由气压控制存储囊的运动来实现的，其基本工作原理为，在常态下，药物存储囊内装满待释放的药物。当接到释放指令后，气源装置内的磁控开关接通，电磁阀9打开，碳酸钠和盐酸混合并发生化学反应生成气体，气源装置内部压力P₁增大，使得单向阀13打开，气体压力P₂增大并不断压缩药物存储囊内的待释放药物，药物存储囊内的压力P₃增大，致使单向阀8打开，药物存储囊内的待释放药物在压力作用下通过打开的单向阀8被不断释放出去。药物释放过程中P₁＞P₂＞P₃。为了符合胶囊式药物释放装置的驱动机构，释放的药物采用液体状态形式。

如图3所示，药物释放的基本过程是：a药物释放初始状态→b药物释放中间状态→c药物释放完毕状态，即胶囊式药物释放微机器人经口腔进入人体肠道，当进入人体小肠后，由定位装置实时采集位置信号，当观察到药物微机器人达到需释放药物部位时，由控制系统体外磁控装置发出工作信号，体内磁控开关在接受到动作指令后，开关导通使隔离层4上的电磁阀9打开，化学物质混合发生化学反应产生气体驱动药物存储囊7运动，并通过打开的单向阀8把待释放药物释放出来，进入人体肠道。

Claims (3)

1.一种化学反应气压式微胶囊药物释放装置，其特征在于由气源装置、挡板、电源、

外壳、单向阀、电磁阀、药物存储囊构成，装有通过反应生成气体的化学物质的气源装置安装在电源和药物存储囊之间，挡板把气源装置与药物存储囊密封隔开，挡板上装有单向阀，药物存储囊与外壳的接触处装有另一单向阀；该装置的化学反应气压式微胶囊药物释放方法，是通过化学反应生成气体产生的气压驱动微胶囊内的药物存储囊，通过压缩使药物存储囊将药物释放；并通过体外磁控装置控制微胶囊内的电磁阀开关来控制化学反应的发生。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于两种通过反应可生成气体的化学物质分别放在气源装置的两个密封层隔离的舱内，密封层上安装由体外磁场控制所述化学物质混合并发生化学反应的可以关闭或打开的电磁阀。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述的药物存储囊选用弹性薄膜式气囊。