CN102015025A

CN102015025A - 微型透皮贴片

Info

Publication number: CN102015025A
Application number: CN2009801041453A
Authority: CN
Inventors: 莫林·L·马尔威希尔; 布赖恩·M·帕克; 加雷斯·诺尔斯
Original assignee: Piezo Resonance Innovations Inc
Current assignee: Piezo Resonance Innovations Inc
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-04-13
Also published as: EP2240244A4; US20100292632A1; WO2009102944A3; EP2240244A2; WO2009102944A2

Abstract

本发明提供一种用在活体组织(19)上的微型透皮贴片(1)。所述微型透皮贴片(1)包括一第一薄膜(9)、一储存器(3)、一微型泵(4)、弯张换能器(2)、一微型电子电路(5)、以及一可选的传感器(27)。所述第一薄膜(9)具可渗透性，从而允许流体(18)单向或双向传输。所述存储器(3)是一个可储存流体(18)的类容器元件，所述流体(18)可被移出或输入组织(19)中。所述微型泵(4)用于在储存器(3)和第一薄膜(9)之间输送流体(18)。所述弯张换能器(2)产生可分别进入组织(19)的超声波(15)，使流体(18)可被输送于第一薄膜(9)和组织(19)之间。所述超声波(15)可相互作用，以提升微型贴片(1)的性能。所述微型电子电路(5)可控制弯张换能器(2)和微型泵(4)。所述传感器(27)被嵌入微型贴片(1)中，用于监控温度、压强、或流量，以避免组织(19)受到损害和刺激。

Description

微型透皮贴片

技术领域

本发明主要涉及一种全功能的、独立的、无针头的流体管理系统，通过该系统可将包括药剂、氧气、营养剂在内的流体注入组织或伤口内，也可将皮肤内的这类流体吸取出来。本发明尤其涉及一种易操控的微型透皮贴片，所述贴片包括一第一和第二薄膜，以及设置于所述第一和第二薄膜之间的一个或多个分别可独立运作的弯张换能器，一与储存器相连接的微型泵，一可选的封装腔室，一可选的反馈传感器，和一微型电子电路。通过所述微型电子电路可控制微型泵和换能器，使流体及类似物质经由第一薄膜被注入皮肤或吸取出来。

背景技术

创伤、疾病以及其他医疗相关病症的有效治疗对于医学从业者来说仍然是一个挑战。其中，对皮肤疼痛、烧伤、褥疮以及开放性创伤的处理更为困难。当前的常规疗法对许多开放性创伤通常不起效果，也无法完全治愈。在许多治疗案例中发现，如果伤口内部或其临近的循环系统遭到了损害，氧气就无法被输送到受损组织中。这种组织细胞的氧气不足或长时间缺氧，一般被称为组织缺氧，它会减缓或阻断机体的自然愈合进程。组织缺氧通常会对创口内部及其临近的组织造成永久的、不可恢复的损害，有时可导致断肢、严重的伤疤或毁容，和/或死亡的发生。

如果可以增加受伤区域尤其是皮下部分的氧气含量，便可以加快治疗进程并抵御细菌侵袭。相关技术包括一系列可以将氧气传输到缺氧的受伤区域的设备及方法。例如美国专利号为3,157,524、发明人为Artandi、名称为“胶原蛋白海绵的制备”的专利以及美国专利号为4,320,201、发明人为Berg等人、名称为“制备作为医药和化妆用途的胶原蛋白海绵的方法”的专利均公开了有关局部胶状药膏的技术。美国专利申请号为10/637205、发明人为McGrath等人、名称为“增强组织氧化作用的方法”的专利申请公开了有关对组织进行超氧化处理的技术。美国专利号为4,801,291、发明人为Loori、名称为“可移动局部高压装置”的专利公开了一种主要在高压室内给病人或指定位置输送氧气的技术。虽然现有设备和方法可以给创伤区域输送氧气，但现有的设备过于复杂、体积庞大，存在搬运不便以及使用费时的问题，并且现有的方法是以分子扩散为基础，无法有效地将氧气输送到缺氧组织中。此外，一些使用过氧化物溶液的局部高压输氧疗法还会产生可对治疗区域造成进一步损害的自由基。

现有技术中还存在一些利用超声波换能器来输送药剂的透皮给药设备和方法。超声波换能器一般是将电信号转换成可增加皮肤渗透性的声震动，从而实现将流体送入血液系统或对细胞间液的提取。例如，通过超声波破碎仪可以实现血糖监测以及胰岛素传输。然而这种传统的透皮给药和提取设备体积过于庞大，不利于方便携带。此外，基于超声波的传统透皮给药系统会对治疗区域内部的组织造成伤害，从而可导致毛囊的脱落，皮脂腺的损坏以及皮肤肌肉组织的坏疽。

传统的换能器由单个分层的压电陶瓷组件组成，它们在技术上受到该材料的最大应变极限所制约。例如，传统的压电陶瓷如锆钛酸铅陶瓷，其对于多晶材料的最大应变极限约为0.1％，而对于单晶材料为0.5％。因此，需要寻找一种可替换大批层状结构的压电陶瓷组件或对其做出改进的有益产品，以产生所需的超声波。对于超声波透皮贴片，其采用的压电陶瓷不利于微型贴片的方便携带。

综上所述显而易见，在现有技术中不包括一个可高效及有效地将流体输入或吸出活体组织的易操控的透皮贴片，并且使用这种透皮贴片的同时不会对组织造成损害和刺激。

因此，需要提供一种独立的、全功能的透皮贴片，通过该透皮贴片可将营养剂输入组织内或将组织内的流体吸取出来，同时还可将与贴片直接接触的组织损伤和疼痛的范围及程度降到最低。

发明内容

本发明的目的是提供一种独立的、全功能的透皮贴片，通过该透皮贴片可将营养剂输入组织内或将组织内的流体吸取出来，同时还可将与贴片直接接触的组织损伤和疼痛的范围及程度降到最低。

所述易操控的微型透皮贴片包含至少一个弯张换能器，一与储存器连接的微型泵，一第一薄膜，一第二薄膜，以及一与弯张换能器和微型泵电连接的微型电子电路。所述弯张换能器、微型泵、储存器及微型电子电路被设置在第一薄膜的一侧上，并且被密封于第一与第二薄膜之间，所述弯张换能器还被进一步密封于一由耐冲击聚氨酯树脂组成的可选的腔室中。所述弯张换能器及微型泵的一导管与第一薄膜的内表面接触。所述微型泵在储存器和第一薄膜之间运输液体。所述的每个弯张换能器独立产生可分别进入活体组织的超声波，从而提高组织的渗透性，使流体可被运送于活体组织和第一薄膜之间。所述微型电子电路控制微型泵和弯张换能器的功能，以实现在储存器与第一薄膜之间高效地传输/移走流体或类似物。

本发明一实施例中，在第一薄膜边缘、弯张换能器的反面设有一黏合剂，用于使贴片更容易地黏合到皮肤上。

本发明另一实施例中，第一薄膜最好具有可使流体进入或流出微型贴片的单向或双向通道。

本发明又一实施例中，微型贴片可包括一用于检测微型贴片及与其接触的组织内的一个或多个状态的传感器，通过该传感器可指示流体对组织的伤害或刺激。

在本发明再一实施例中，弯张换能器可以将至少两种不同的超声波传入活体组织并在活体组织的至少一个区域中相互作用，以实现在对组织无伤害和刺激的情况下提高组织的渗透性。

所述弯张换能器可包括一个压电陶瓷驱动元件，该驱动元件可被设置在一个外架、滚筒、外壳、密封盖或其他几何空间内，用于使驱动元件在一个方向上的横向、轴向、径向或纵向伸张运动幅度得以变大，与仅仅包括压电陶瓷相比，通过该设置可在另一方向或最佳方向上获得更大幅度的伸张运动。所述弯张换能器产生的声震动可提高皮肤的渗透性，实现在不对治疗组织产生伤害和刺激的同时提高对组织的输氧效率。所述弯张换能器的结构紧凑，因此可容纳于所述微型透皮贴片中。

所述弯张换能器是一种铜钹状的换能器，例如可采用美国专利号为5,729,077、发明人为Newnham等人、名称为“电活性陶器合成换能器”的专利文件所公开的换能器，所述弯张换能器利用所述密封盖可增强压电磁盘因电输入信号发生的机械响应。在典型的铜钹弯张换能器中，压电陶瓷磁盘中的高频径向运动通过一个密封腔可被转换为低频(20-50kHz)的移位运动。铜钹弯张换能器可利用压电电荷系数d₃₃的叠加扩张以及d₃₁系数的收缩，所述扩张和收缩由压电陶瓷设备以及金属密封盖的弯张移位所产生，其中，d₃₃是指每个方向3上的单元字段在方向3上的张力，d₃₁是指每个方向3上的单元字段在方向1上的张力。所述陶瓷磁盘边缘设有的密封盖使纵向和横向反应可增加所需方向上的张力，从而得到满足以下等式的有效压电电荷常数d_eff

d_eff＝d₃₃+(-A*d₃₁)

其中A为换能器的放大系数，其值最高可达100。

所述密封盖的材料包括但不限于：黄铜、钢铁、以及美国德拉威州维明顿市CRS控股有限公司已注册的商标产品柯伐合金。通过金属密封盖还可提高换能器的机械稳定性，从而有效增加换能器的使用期限。所述密封盖具有多种外观和形状。

所述弯张换能器可依次被电激活，从而产生可打开角质层微通道的低频超声波，使贴片上的富氧流体可被输送到受损和缺氧的组织中，或使组织中的流体被抽取出来。所述低频超声波的频率一般为20千赫，以尽量降低对治疗区域造成的伤害和其他影响。

当超声波在横穿和空化活体组织的过程中，微管道可以在组织中形成。所述空化包括因压力场的改变引起的气泡快速生长和崩溃，广义上包括稳态空化和瞬间空化。当组织中的空腔因相对较低的气压而在其平衡半径附近发生振荡时，便可发生稳态空化。当气泡平衡半径在几个声周期内发生大幅改变时，便可发生瞬间空化。在瞬间空化的过程中，气泡会因高声压以及局部温度过高而急剧崩溃。剧烈的流体压力以及崩溃的气泡会严重损害生物组织并释放自由基。虽然高频率下需要有更大的压力才能诱发空化现象并损害细胞和组织，但兆赫频率的超声波仍可产生空化现象。本发明通过低频超声波来产生空化现象，以避免瞬间空化对与微型贴片接触的组织和细胞造成破坏和伤害。

本发明具有如下有益效果：本发明可以在不使用针头的情况下，自动安全地输送用于治疗开放性创伤的营养液及其他流体。本发明可以极大降低因使用针头带来的感染风险。本发明的微型泵可以自动化运转，无需通过人工加压来实现抽气和灌液。通过可再装注的储存器，本发明可被持续使用以及重复利用。通过在微型泵组件中重新灌入/排走流体，本发明的透皮贴片可以持续地输送或抽取大量流体，整个操作过程中贴片无需从病人身上移开。本发明的一些组件可被整合为一体，包括小型紧凑的电源电子和控制结构，以尽可能减小设备与组织相接触的面积，从而极大减轻使用者装戴时的不适感，提供一个紧凑、轻便的解决方案。本发明提供了一系列电源解决方案，包括丙烷或氢燃料电池、蓄电池、以及墙上电源插座提供的直流电。本发明通过接口可连接到多个电脑上，从而实现对储存器、从储存器流出的以及进入使用者的流体进行控制。

为使本发明最佳实施方式的上述目的、特征和优点变得更加显而易见，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，其中相同的标号表示相同或相似的组件。

附图说明

为了使本发明的区别技术、特征和优点变得更加容易理解和显而易见，说明书中将结合以下附图对本发明进行说明，其中：

图1是本发明实施例中可与活体组织接触的微型透皮贴片的一个局部剖视图，该微型透皮贴片包括一对铜钹状的弯张换能器、一微型泵、一储存器、一腔室以及一设置在柔韧多孔的第一和第二薄膜之间的微型电子电路；

图2是本发明实施例中如图1所示的微型透皮贴片贴附于活体组织表面时的一个局部剖视图，图中还示出了换能器产生的超声波分别进入活体组织内部并发生相互作用的情况；

图3a是本发明实施例中弯张换能器以2×2的排列方式放置于一整体呈正方形的微型贴片内时的截面剖视图；

图3b是本发明实施例中弯张换能器以3×3的排列方式放置于一整体呈正方形的微型贴片内时的截面剖视图；

图3c是本发明实施例中的一对弯张换能器放置于一整体呈矩形的微型贴片内时的排列情况截面图；

图3d是本发明实施例中的五个弯张换能器放置于一整体呈圆形的微型贴片内时的排列情况截面图；

图4是本发明实施例微型贴片的2×2排列弯张换能器相互之间的电连接情况截面图；

图5是本发明实施例中与弯张换能器相连接的控制电路的功能方框示意图；

图6是本发明实施例中微型贴片与放大器、信号发生器和电源之间的电路连接结构示意图；以及

图7是本发明实施例中微型电子电路中的组件及结构原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示之实施例作进一步详述。

本申请基于2008年2月15日已提交的美国暂时申请号为No.61/065,850，名称为“微型透皮贴片”的专利申请，并要求获得优先权。本说明书的揭示内容包含了上述申请的全部内容，特此说明。

现在结合附图通过本发明的几个最佳实施例对本发明进行说明。附图使用相同/相似的序号来表示相同/相似的部件或步骤。附图采用缩略图，并不表示精确的尺寸。说明书中出现的词语“通信”、“连接”、“链接”以及可替换这些词的其他近义表达，并不表示一定是直接的连接，它们也可以通过中间的组件或设备实现连接。

根据本发明的目的，流体应当广义地理解为包括以液态形式和/或气态形式存在的、带有或不带有固体微粒的非生物和生物物质。

请参考图1，微型透皮贴片1可包括一个或多个弯张换能器2，一个微型泵4，一个储存器3，和一个设置于第一薄膜9和可选的第二隔膜8之间的微型电子电路5，从而形成一个易操控的表面大致水平的装置。所述弯张换能器2、微型泵4、储存器3和微型电子电路5是可通过黏合剂排布粘连到第一薄膜9上的刚性、半刚性或柔韧性组件，以极大增加微型透皮贴片1的柔韧性。在本发明一实施例中，通过现有方法可以将一个或多个上述组件封装到一种由柔韧的聚合物、弹性物或类似物质所组成的腔室16中，封装方法包括但不限于注射成型法、在真空或非真空环境下进行的重力浇灌法。在本发明又一实施例中，这些组件也可以首先被分别粘连到第一薄膜9或第二隔膜8或两薄膜上，然后再封装到第一薄膜9和第二隔膜8之间，所述第一薄膜9和第二薄膜8通过粘合剂或超声波焊接方式被连接到微型薄膜贴片1的边缘上。在本发明再一实施例中，弯张换能器2、微型泵4、储存器3和微型电子电路5也可通过环氧树脂被连接到内表面10上，以尽可能减小第一薄膜9的僵化程度。

所述第一薄膜9是一种表面大致水平的可与皮肤及其他活体组织无痛接触的弹性或韧性材料。其优选最好是一种带多孔的、可渗透的、开放状或编织状的材料，从而使流体可以双向或单向进入和穿过第一薄膜9。这种典型的材料包括但不限于：由3M公司售卖的拥有CoTran商标的乙烯醋酸乙烯酯。在本发明的又一实施例中，第一薄膜9可以起到类似海绵的作用，从而可使流体在渗入或渗出微型透皮贴片1之前将其暂时容纳或保存起来。

所述第二薄膜8同样为平面结构并可与皮肤及其他活体组织无痛接触。其优选材料最好是一种医用的无孔聚合物或具有柔韧性的弹性合成物，例如可以是聚丙烯。

所述弯张换能器2是一种可产生超声波15的压电元件，所述超声波15可以横切与微型透皮贴片1接触的表皮13和真皮14。弯张换能器2的优选最好是一种圆盘状或铜钹状的元件，例如可采用美国专利号为5,729,077、发明人为Newnham等人、名称为“电活性陶器合成换能器”的专利文件所公开的换能器，本说明书中引用这一专利文件的全部内容。除了已公开的铜钹状换能器外，还可以采用其他的弯张换能器，例如可采用在垂直于放大轴的平面上具有方行或矩形横截面的传感器。或者可采用美国专利号为6,665,917、发明人为Knowles等人、名称为“制造一种平面结构的预应力压电陶瓷片执行器的方法”的专利文件所公开的弯张换能器，这类换能器包括有薄层型压板结构。

所述弯张换能器2被设置在微型透皮贴片1内可与第一薄膜9的内表面10直接或近乎直接相接触的位置，并且处于第一薄膜9以及存储器3、微型泵4和微型电子电路5之间，其中所述储存器3、微型泵4和微型电子电路5一般可被安装在同一平面上。通过这种结构设置，可独立运作的弯张换能器2所产生的超声波15能以最小的衰减进入并穿透第一薄膜9。

在本发明的又一实施例中，所述弯张换能器2可被封装于一个由弹性材料、聚氨酯树脂或类似物质所制得的腔室中。所述聚氨酯树脂的一种优选可以是由树脂科技集团有限责任公司(Resin Technology Group，LLC)所生产的识别码为URA-BOND FDA 24N的聚氨酯化合物。

在本发明实施例中，通过安排弯张换能器2的位置，弯张换能器2可产生并传递单一的或合成的超声波15，所述超声波15可以是弓行结构、线形结构或两者的结合，图1和图2分别描述了单一的和合成的弓行结构超声波。

所述弯张换能器2产生的超声波15具有可从波源不断产生并沿着同一方向传播的特性。不管是单一的还是合成的超声波15，它们都应当具有足够的能量以形成可进入表皮13和真皮14的微通道，并朝着一个最佳方向运送或传递存在于第一薄膜9或表皮13和真皮14中的流体18。

在本发明实施例中，微型透皮贴片1的外表面11可具有一种以分层或薄膜形式存在的黏合剂12。作为一种优选实施方式，该黏合剂12被设置于微型透皮贴片1的外缘，以防止流体18在渗入或渗出微型透皮贴片1时发生泄漏。所述黏合剂12在与组织接触时可形成一储存袋，流体18在进入组织前或流出组织后可被存储于该储存袋中。所述黏合剂12可以是可被应用于医药领域的商用化合物，最好是一种可将微型透皮贴片1无刺激地牢固粘连到活体组织外表面上的抗水剂。

所述微型泵4是一种在市面上可购得的机械或非机械设备，最好是能以每分钟微升至毫升的流速使流体快速进入或穿过小孔的压电控制设备。在本发明实施例中，微型泵4可将储存在储存器3中的流体18压出，使其穿入或穿透第一薄膜9。在本发明的又一实施例中，微型泵4还可在第一薄膜9内创造一个类似真空的环境或者在微型透皮贴片1内形成一个空腔，从而将真皮14或其他活体组织内的流体18抽提到微型透皮贴片1中，然后再导入储存器3中保存。所述微型泵4的优选可以是一种如期刊“传感器和执行器A：自然科学”第1期第121卷第156到161页被Junwu，K.等人发表的名称为“一种药品输送用的高效压电微型泵的设计和试验”所公开的压电设备。所述微型泵4的控制电路可设置于微型泵4或微型电子电路5内。

所述储存器3是一个空腔或一个由轻质材料组成的类似容器的组件，例如可以是一个可储存至少几毫升流体18且不会发生泄露、污染和损坏的聚合物。所述储存器3带有一个允许流体18进入或离开容器3的孔洞。在优选实施例中，通过所述孔洞针状物可插入所述存储器3，以注射或抽取流体18。

所述微型泵4包括从微型泵中伸出的管状第一和第二导管6，7，使得流体18可进入和穿过微型泵4。通过压缩件、软管倒钩或通过设置于第一导管6与第一薄膜9接触面边缘的黏合剂，所述第一导管6的一端可被牢固在第一薄膜9上。在优选实施例中，所述第一导管6最好被设置在两个或多个弯张换能器之间，以确保流体18更加均匀地进入导管周围的组织。所述第二导管7的一端通过黏合剂或紧固件被牢固在储存器3的外壁孔洞上。由此当微型透皮贴片1被用作输送系统时，流体18可从储存器3中流出，再经由第二导管7、微型泵4和第一导管6进入和穿过第一薄膜9。当微型透皮贴片1被用作抽取系统时，流体18可穿过第一薄膜9，再经由第一导管6、微型泵4和第二导管7流入储存库3中。

在本发明的又一实施例中，所述微型泵4可包括一个可拆装的装液筒，这使得本发明无需对储存器3、微型泵4、弯张换能器2、第一和第二薄膜9，8、和/或微型电子电路5进行调整、移动或重新配置，也能不断地输送或抽取流体18。所述微型透皮贴片1可贴附到组织19上，从而第一薄膜9和/或第二薄膜8整体可起到一个屏障的作用，使流体输送得以安全地进行。

所述微型电子电路5被电连接到弯张换能器2和微型泵4上，该微型电子电路5包括一个控制电路和一个可驱动一个或多个弯张换能器2的电源。交流供电的驱动电路需要产生10到100千赫兹的输出频率，最好20到30千赫，其中28千赫为最佳，从而提供0.01到0.1瓦每平方厘米的光照强度。

所述微型电子电路5还包括用于控制微型泵4和弯张换能器2功能的硬件和软件。其控制电路设置在一个刚性或半刚性的基板上，该基板通常被用于印制电路板。所述控制电路包括一个微型驱动电路单元、一个微型控制器(简称MCU)和一个有利于外部控制的接口。在优选实施例中，所述驱动电路单元与弯张换能器2电连接。优选地，所述微型电子电路5的元器件通常可从美国加州卡尔斯巴德市Altium公司购得。

所述控制电路可包括多个用于操作微型泵4和弯张换能器2的定位操作程序。所述定位操作程序包括一个电源管理功能，用于使微型透皮贴片1在无外接电源供电时保持一段时间的运转，或用于使微型透皮贴片1在贴片内部和/或与其直接接触的组织周围的流动条件或其他条件发生改变时，优化微型泵4和弯张换能器的流体输送和抽取功能。所述微型电子电路5的保护软件包括一个低电量的待机电流，当微型透皮贴片1在没有进行流体18输送和抽取时仍可维持其他工作。

在本发明实施例中，所述MCU在至少一些硬件软件的元器件控制下，可以实现对微型透皮贴片1的一般操作进行控制。所述MCU可以控制微型泵4和弯张换能器2，使微型泵4和弯张换能器2中的任何一个或两个在任何给定时间都可以运转。例如，当微型泵4处于空闲状态时，如微型泵4的设备正在初始化以及准备输送/抽取工作时，部分或全部弯张换能器2却可以处于运转状态。又例如，当弯张换能器2处于无需运转的空闲状态时，如与微型透皮贴片1接触的组织周围的条件已处于适合流体18输送或抽取的最佳状态时或者条件已处于对组织有伤害或刺激的状态时，微型泵4却可以处于运转状态。再例如，通过调整微型泵4的运转速度和/或弯张换能器2的光照强度、频率、移位和/或相位，可以调整流速，从而微型泵4和弯张换能器2可以实现同时运转。

请参考图2，微型透皮贴片1可包括两个或多个可同时或分阶段被激活的弯张换能器2，由此弯张换能器2所产生的超声波15可在组织19内的一个或多个相互作用区20上相互作用或碰撞。在本发明的又一实施例中，通过提高吸收率和/或吸收深度，进入组织19的流体18体积可以增大，与组织19接触的流体18总数也会增多，从而可确保流体18被输入组织或真皮14下的内部器官中或者从其上被抽取出来。

所述弯张换能器2可被对称或非对称地放置于与第一薄膜9相对、与微型泵4相邻的一个或多个平面上。例如，图3a和图3b分别示出了在方行微型透皮贴片1的一腔室16中以2×2和3×3的方式排列弯张换能器2的剖面情况。图3c示出了在矩形微型透皮贴片1的一腔室16中以2×1的方式排列弯张换能器2的剖面情况。图3d示出了在微型透皮贴片1的一腔室16中对称排列五个弯张换能器2的剖面情况。

请参考图3a-3d，所述弯张换能器2可被微型电子电路5电激活，从而实现在多个运行模式下运转。例如，通过一个或多个输入信号，所有的弯张换能器2可被同时激活，并作出一个或多个机械响应。例如，可以通过输入一个或多个在相位、时间、顺序和/或频率、电压上有差别的输入信号，来激活弯张换能器2。所述弯张换能器2发生的机械响应可被单独或组合使用，主要可用于修改超声波15或在输送/抽取区域上由超声波形成的相互作用区20的数量、大小和形状。

请参考图4，被设置在同一腔室16上的所有弯张换能器2彼此之间都电连接，并通过导线17分别被电连接到一外部或内部电源上。每个弯张换能器都被极化为包括正负两极，所述正负两极在图4中分别以符号“+”和“-”来标识。所有的弯张换能器2都被电连接，其中所有正极与一传导线28a相接，所有负极与另一传导线28b相接。之后，所述传导线28a，28b被直接电连接到一电源和/或微型电子电路5上。也可以采用其他可行的电连接方式。

在本发明实施例中，还可以包括一个可评测在微型透皮贴片1和/或与其接触的组织19内所发生的事件优先级的传感器27，这种评测可以按照绝对优先也可以按照相对优先顺序。请再次参考图2，所述传感器27一般被设置于第一薄膜9内，当然它同样可被设置于第一薄膜9的外表面10上或腔室16内，或者可被设置于能将微型透皮贴片1和/或其部件所引起的漏液亏损影响降为最低的其他位置。所述传感器27可测量进出微型透皮贴片1的流体18的流速，或者微型透皮贴片1和/或组织19中的温度、压强、或频率和振幅。在优选实施例中，所述传感器27可以是一个可快速测量输送/抽取区域内各个参数的薄膜、细金属线、或普通热电偶、加速器、流量计或压力传感器。在本发明的又一实施例中，所述传感器27可测量与弯张换能器2在组织19中产生的气穴活动直接或间接相关的各个状态。所述传感器27可被电连接到能有效控制所测数据的微型电子电路5上，用以对微型泵4和/或弯张换能器2进行适当调整，使组织19不会遭到损坏和/或刺激，并可优化流体18输送或抽取的条件。

现在请参考图5-7，图中示出了各种可应用于优选微型透皮贴片1的电子元件和结构。附图并未完全示出微型透皮贴片1所用的所有电子元件、连接方式和结构，而只是对操作设备时需要用到的方法和硬件进行图解。实际上还可以包括有处理器、可编程只读存储器(简称PROM)、带与非/或非闪存的随机存取器或只读存储器或两者、带掩膜的只读存储器、或硬盘、或任何其他可储存和执行控制与操作信息的存储介质。

请再次参考图5，所述控制电路的方法包括一调节/控制步骤29、一调制步骤30和一动力电子步骤31。所述动力电子步骤31直接或间接与弯张换能器33连接。所述控制电路的方法还包括一可选的与弯张换能器33双向连接、与调节/控制步骤29单向连接的反馈/控制步骤32。

请再次参考图6，所述腔室16内包括四个通过输出导线25a，25b与一放大器23连接的弯张换能器2。之后，所述放大器23通过输入导线24a，24b与一信号发生器22连接。所述信号发生器22与一电源连接并可包括一可选的阶段反馈26，所述阶段反馈26与输出导线25a连接。所述电源21、信号发生器22、放大器23和阶段反馈26的元器件均可从市面上购得。

所述电源21可包括一个容易购得的直流电源或交流电源，例如包括但不限于电池、可与电源插座连接的电源线。在本发明的一个实施例中，电池可被固化在微型透皮贴片1中，此时若电源21电量被用尽则必需更换贴片。在本发明的又一实施例中，微型透皮贴片1可包括一个设置于第二薄膜8边缘的可拆卸的面板，通过该面板可连接取用电源21。在本发明的再一实施例中，微型透皮贴片1还包括可与外接电源连接的电线。

所述信号发生器22包括一个或多个可将电压波形信号传递给放大器23的通道。该波形信号包括但不限于正弦波、方形波、三角形和锯齿形波信号。所述信号发生器22通过改变时间或相位可产生不同的电压波形，从而每个弯张换能器2可作出需要的机械响应。所述放大器23通过进一步调整电压波形的振幅调适，可优化弯张换能器2作出的机械响应。通过阶段反馈26，信号发生器22可实时优化输入的所述波形信号。在本发明实施例中，传感器27所测得的参数状态也可被优化处理。

在本发明实施例中，弯张换能器2可与电源21、信号发生器22以及放大器23分装，这样控制元件与微型透皮贴片1之间需要通过输出导线25a，25b来连接。在又一实施例中，所述电源21、信号发生器22和放大器23可被设置于微型透皮贴片1内的微型电子电路5中，或可作为独立元件被置于微型透皮贴片1内。

所述微型透皮贴片1的开关功能可通过各种方法来实现。在一个实施例中，微型透皮贴片1可包括一个设置于第二薄膜8边缘的按压型开关。在又一实施例中，可以通过一个与控制模块连接的开关来控制微型透皮贴片1的开关功能；所述控制模块独立于贴片，其包括上述的电源21、信号发生器22和放大器23。在再一实施例中，可以在微型透皮贴片1内设置一对小型电池，通过一个可装卸的绝缘体该小型电池可与控制电路电隔离。所述绝缘体可被手动拆离，从而电源与贴片内的电路可实现电连接，进而可为控制电路充电。也可以采用其他可实现控制的开关或类似开关的设置方案或等同方案。

请再次参考图7，微型电子电路5可包括一个如上所述的供电电源45。该供电电源45是一可被简易整流器40矫正的交流电源。然而在许多应用中并不要求对输出进行特别精确地矫正，也不要求输出具有低噪音的特性，此时整流器40可作为简易桥接网络来使用。

经所述整流器40矫正后，整流器40可将直流电压传递给一个电压控制震荡器44，该电压控制震荡器44可产生脉冲波、正弦曲线波、方形波或其他波形，这些波形可被传递给电压电平移相器46。在优选实施例中，电压控制震荡器44可被实施为是一个存储在PROM设备上的数字编码器，该数字编码器可同时包括一个反馈控制逻辑41，所述反馈控制逻辑的输入是弯张换能器2电力负载的输出。同样也可使用一个独立的电压控制震荡器44。所述输出是可被传递给压电变压器48的驱动端或输入端的脉冲序列。所述压电变压器48实际上是电容设备，不包含任何电阻；因此它所造成的损失可忽略不计。然而由于压电变压器48主要是电容设备，只能识别有效电流，这使得非正弦波不易被压电变压器48感应。为此，压电变压器48的输入端必需连接一个小型的感应器47。

在本发明一实施例中，压电变压器48应提供一个可大于要求电压值的电压。例如，压电变压器48可以给一个驱动压电只有200伏的弯张换能器2提供一个300伏的电压。根据功能需求，陶瓷变压器的输出电压可选值应当基于所有或单个弯张换能器2的要求电压来设定。一旦输出波形超过电压可选值，本发明的比较器逻辑控制开关将会打开，使电流保持在设定的电压可选值内。所述比较器可高频率地选取每个超过阀值的波形进行处理。例如，对于100千赫的正弦曲线输出波形，比较器的处理频率可达10微秒，从而可保证高频输出波形中的电压干扰达到很低的水平。在输入端，通过一个双向单极开关可产生驱动波形，并且该单极开关还可将输入电压截至理想的变压频率。所述单级开关形成的高频方形波可被传递给陶瓷变压器。由于压电设备具有双向性质，最终设计实现了最高可达98％的高效率，这意味着能量消耗可被降为最低而且也不会产生过高的热量。由于压电设备在微型透皮贴片1内产生的热量极低，因此无需安装会磨损贴片的散热装置来减轻用户感到的烫热不适。

通过一个双开关设置36(如果同时需要截取正极和负极的半周期，可用四路双通道比较器)可产生一个未经矫正的输出，该输出可被传递给电容器37。所述电容器37可以是高效小型的钽电容。所述电容器37可调节电压信号，并传递给波形发生器39。还可在电容器37与波形发生器39之间设置一个可选的四桥二极管桥式整流器38，从而使输出的电压噪音降为最低。

所述波形发生器39由一个线型或开关桥接放大器组成。由于电压一般不需要被快速放大，因此波形发生器39只需与一个包含线性放大组件的放大器30连接，该放大器30可以是美国亚利桑那州图森市Apex微技术公司所售卖的PB50型放大器。所述PROM设备或比较器逻辑控制开关的内嵌设备可以产生一些控制信号，这种控制信号也可由波形发生器开关的输入端产生。当然，如果需要的话，控制信号也可由独立设备来产生。例如，波形发生器39的信号控制单元可被嵌入整个控制结构中，从而使用户可从便携式电子图形用户接口(简称GUI)对控制信号进行方便调节。

在一实施例中，所述弯张换能器可包括多个感应器，用于监控电流(霍尔效应)、电压、频率、温度、流体压力和表面压力。一个反馈控制43通过模拟/数字信号输入，可将测量数据传输到PROM设备42。所述PROM设备42内嵌的数字编码器可对测量数据进行处理，然后发出调节控制51，52和/或53。

综上所述，本发明具有多种可灵活选择的实施方式。尽管说明书中已详尽描述了本发明系统和方法的最佳实施方式，然而也可采用说明书中揭露的其他实施方式。因此，本发明的权利要求不应局限于最佳实施方式的内容。

工业适用性

通过以上说明显而易见，本发明的所述微型透皮贴片及其等同替换，可以给伤口等活体组织补充氧气，给组织输送营养物和药物，以及从组织中抽取流体。具体应用包括对长期疾病的治疗，其中包括但不限于，癌症、糖尿病、和后天性免疫缺陷综合症(爱滋病)、以及机体外伤、皮肤溃疡、伤疤和创口。因此，本发明适用于医护人员、医院等对疾病、伤痛的治疗，同时也可用于医疗测试和监控。

Claims

1.一种用在活体组织上的微型透皮贴片，其特征在于包括：

(a)一允许流体穿过的可渗透的第一薄膜；

(b)一用于存储所述流体的储存器；

(c)一用于在所述储存器和所述第一薄膜之间运送流体的微型泵；

(d)至少一个可独立产生超声波的弯张换能器，所述超声波可分别进入所述活体组织并增加所述活体组织的渗透性，以促进所述流体在所述活体组织和所述第一薄膜之间的传输；以及

(e)一个可控制所述至少一个弯张换能器和所述微型泵功能的微型电子电路，所述储存器、所述微型泵、所述至少一个弯张换能器以及所述微型电子电路被设置在所述第一薄膜的一侧面上。

2.根据权利要求1所述的微型透皮贴片，其特征在于还包括：

(f)一设置在所述第一薄膜且位于所述至少一个弯张换能器反面上的黏合剂。

3.根据权利要求1所述的微型透皮贴片，其特征在于还包括：

(f)一第二薄膜，所述微型泵、所述储存器、所述至少一个弯张换能器、和所述微型电子电路被设置在所述第一薄膜与所述第二薄膜之间。

4.根据权利要求1所述的微型透皮贴片，其特征在于还包括：

(f)一用于放置所述至少一个弯张换能器的腔室。

5.根据权利要求1所述的微型透皮贴片，其特征在于：所述微型透皮贴片将所述流体输入所述活体组织中和/或将所述流体从活体组织中移出。

6.根据权利要求1所述的微型透皮贴片，其特征在于：至少两个所述弯张换能器将不同的超声波传入所述活体组织，并在至少一个相互作用区内相互作用。

7.根据权利要求1所述的微型透皮贴片，其特征在于还包括：

(f)一传感器，用于监控所述微型透皮贴片或所述活体组织内的至少一个状态，当所述至少一个状态指示所述活体组织受到损伤或刺激时，调节所述至少一个弯张换能器和/或所述微型泵的性能。

8.一种在组织和微型透皮贴片之间输送或抽取流体的方法，所述微型透皮贴片包括储存器、微型泵、至少一个弯张换能器、薄膜和微型电子电路，其特征在于所述方法包括步骤：

(a)启动所述微型泵，使所述流体被运送于所述储存器和所述薄膜之间；

(b)启动所述至少一个弯张换能器，使其在创伤区域内分别产生超声波，通过所述超声波增加所述组织的渗透性；以及

(c)在所述薄膜与所述组织之间输送所述流体，所述启动步骤由所述微型电子电路控制。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：大量的所述流体被不间断地抽取或输送。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述微型泵具有一个可拆装的装液筒，用于实现在不对所述储存器、所述微型泵、所述至少一个弯张换能器、所述薄膜、和/或所述微型电子电路进行调整、移动或重新配置的情况下不断地输送或抽取流体，所述微型透皮贴片被贴附到所述组织上时所述薄膜可形成一保障流体安全输送的屏障。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述启动步骤在10至100千赫的频率范围内进行。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述输送步骤包括将所述流体从所述组织转移到所述微型透皮贴片中，和/或从所述微型透皮贴片转移到所述组织中。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述启动步骤包括将至少两个不同的超声波传入所述组织中并相互作用，以提升所述微型透皮贴片的性能。

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于还包括步骤：

(d)感应所述微型透皮贴片和/或所述组织中的状态；以及

(e)当所述状态指示所述组织受到损伤或刺激时，调节所述至少一个弯张换能器和/或所述微型泵的性能。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述状态为流量、压强、温度、电压、电流、频率、或振幅。

16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：通过在一个反馈系统中将一数字控制变压器和一压电泵调节器相互电连接，结构轻巧紧凑的贴片可实现将所述流体高效地运输于所述组织和所述薄膜之间、以及所述薄膜和所述储存器之间。