CN105854117A - 一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置，通过在输液器的针头与液瓶间的输液软管上加入一个水平放置的基于介质上电润湿的精确给药输液装置，通过驱动装置中与控制器相连接的电极序列，可自动精确控制输液器的给药速率。本发明优点在于可取代输液器中的流速控制阀或输液泵，对液滴的流动速度进行自动化和可调节性的控制。对输液速度和药量的控制精确到每个液滴，方便对输液速率进行宽幅调节和实时控制，实现智能化药液输送。

Description

一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置
技术领域
本发明属于医疗器械与微流控技术领域，具体涉及一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置。
背景技术
输液器是指一种主要用于静脉输液的经过无菌处理的、建立静脉与药液之间通道的常见的医疗器材，由静脉针、护帽、输液软管、药液过滤器、流速调节器、液瓶、瓶塞穿刺器、进气管空气过滤器连接组成。流速调节器不能精确测量和控制输液速度。
输液泵通常是机械的控制装置，它通过作用于输液导管达到控制输液速度的目的。主要有蠕动控制式输液泵，定容控制式输液泵及针筒微量注射式输液泵，但都是通过机械的方式通过对输液软管或者针筒进行控制从而控制输液的速率从而控制给药量。但缺点是控制不足够精确，容易因为机械结构的误差对输液的控制产生误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置，可精确稳定的控制输液器中液滴的运动速率。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置，设置在输液器的液瓶与针头间的输液软管上，包括上基板、下基板、电极、第一方形电极、第三方形电极、控制器和N个第二方形电极，N≥2，上基板和下基板平行设置，两者之间形成空腔，电极设置在上基板底部，电极底部涂覆第一疏水层，上基板上设有进药口，进药口一端依次穿过上基板、电极和第一疏水层后与空腔连通，进药口另一端连接液瓶的输液软管。
所述第一方形电极、N个第二方形电极和第三方形电极依次间隔设置在下基板上，第一方形电极位于进药口正下方，第一方形电极、第二方形电极和第三方形电极顶部涂覆介质层，介质层顶部涂覆第二疏水层；出药口位于第三方形电极中心，且出药口一端依次穿过下基板、第三方形电极、介质层和第二疏水层后与空腔连通，另一端连接针头的输液软管，所述的第一方形电极、第二方形电极和第三方形电极分别与控制器相连。
所述第二方形电极和第三方形电极形状、尺寸均相同，第一方形电极尺寸大于第三方形电极。
一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置，还包括两块侧板，两块侧板平行设置，位于上基板和下基板之间，分别与上基板和下基板固连，且将第一方形电极、第二方形电极和第三方形电极包围。
所述侧板内壁涂覆第二疏水层。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）取代输液器中的流速控制阀装置，可以调节液滴的流动速度，同时也可自动化控制流动速度。
（2）输液药物的成分不受限制，可用于单一成分或多种成分的输液药物。
（3）通过直接输液药物液滴的运动速度和输送数量的控制，对输液速度和药量的控制精确到每个液滴。
（4）可方便的对输液速率进行宽幅调节和实时控制，实现智能化药液输送。
附图说明
图1是本发明的基于介质上电润湿的精确给药输液装置的结构剖视图。
图2是本发明的基于介质上电润湿的精确给药输液装置的结构俯视图。
图3是本发明的基于介质上电润湿的精确给药输液装置的局部放大图。
图4是本发明的基于介质上电润湿的精确给药输液装置中液滴配发的过程示意图，其中（a）为液滴分配初始阶段；（b）为产生液滴阶段；（c）为截断液滴阶段；（d）为液滴分配完成阶段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
基于介质上电润湿效应的数字微流控技术具体是指通过在介质上施加电压来改变液体在介质表面的润湿性，即改变接触角，从而对液滴的运动进行具体的操控的微流技术。它具有驱动方式简单、驱动力强、可控性强，自动化程度高，可集成化程度高等诸多优点，是目前数字微流领域内的主流技术，在微全分析系统和生物工程等领域有着良好的应用前景。
结合图1至图4，本发明提供了一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置，通过基于介质上电润湿的数字微流控技术，对药物流速和流量进行精确控制。
本发明所述的基于介质上电润湿的精确给药输液装置设置在输液器的液瓶与针头间的输液软管上，包括上基板2、下基板12、电极3、第一方形电极6、第三方形电极8、控制器和N个第二方形电极7，N≥2，上基板2和下基板12平行设置，两者之间形成空腔10，电极3设置在上基板2底部，电极3底部涂覆第一疏水层11-1，上基板2上设有进药口1，进药口1一端依次穿过上基板2、电极3和第一疏水层11-1后与空腔10连通，进药口1另一端连接液瓶的输液软管。所述的第一方形电极6、第二方形电极7和第三方形电极8分别与控制器相连，控制器控制上述电极改变电信号。
第二方形电极7和第三方形电极8形状、尺寸均相同，第一方形电极6尺寸大于第三方形电极8，第一方形电极6、N个第二方形电极7和第三方形电极8依次间隔设置在下基板12上，第一方形电极6位于进药口1正下方，第一方形电极6、第二方形电极7和第三方形电极8顶部涂覆介质层4，介质层4顶部涂覆第二疏水层11-2。出药口9位于第三方形电极8中心，且出药口9一端依次穿过下基板12、第三方形电极8、介质层4和第二疏水层11-2后与空腔10连通，另一端连接针头的输液软管。
第一方形电极6作为存储电极，N个第二方形电极7作为运输电极，第三方形电极8作为出口电极。第一方形电极6、第二方形电极7和第三方形电极8分别与驱动电路和控制器相连，分别控制上述电极所加电压，从而控制液滴在基于介质上电润湿的精确给药输液装置中的运动。
一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置，还包括两块侧板14，两块平行设置的侧板14位于上基板2和下基板12之间，分别与上基板2和下基板12固连，且将第一方形电极6、第二方形电极7和第三方形电极8包围，可有效避免外界的干扰。所述侧板14内壁涂覆第二疏水层11-2。
本发明的基于介质上电润湿的精确给药输液装置制备工艺如下，
制作下基板12和侧板14：
1. 在下基板12（绝缘衬底）上采用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）、蒸镀、溅射等工艺形成导电薄膜，可为铬金属层或氧化铟锡等化合物，通过光刻及其后的金属刻蚀等方法形成微流驱动电极，即第一方形电极6、第三方形电极8和第二方形电极7。
2. 通过旋涂、物理溅射、化学气相沉积等方法制备绝缘介质层4，优选为介电常数高、抗击穿能力强的绝缘材料，如氧化铝等。
3. 通过旋涂光刻的方法，在下基板12上制备侧墙14，材料采用SU8光刻胶等。
4. 通过旋涂方法制备表面第二疏水层11-2，材料选用Teflon-AF或Cytop。
制作上基板2：
1. 上基板2（绝缘衬底）上采用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）、蒸镀、溅射等工艺形成导电薄膜（即电极3），优选为透光率高的薄膜层，如氧化铟锡等。
2. 通过旋涂方法制备上基板2表面的第一疏水层11-1，材料选用Teflon-AF或Cytop。
上基板2、下基板12成型后通过平行对准将其组合在一起最后封装即可以完成基于介质上电润湿的精确给药输液装置的制作。
图4为本发明的基于介质上电润湿的精确给药输液装置在工作时的配发过程示意图，输液开始前，在第一方形电极6上加电压信号，使进入空腔10的药液仅存储在第一方形电极6范围（图4a）。输液时，对第一方形电极6断电，同时对与第一方形电极6相邻的第二方形电极Ⅰ7-1和第二方形电极Ⅱ7-2加电压，使药液流向第二方形电极Ⅰ7-1、第二方形电极Ⅱ7-2形成液柱（图4b），之后切断第二方形电极Ⅰ7-1的电压并接通第一方形电极6（图4c），截断液柱使部分药液流回第一方形电极6，部分药液在第二方形电极Ⅱ7-2上形成单独的液滴（图4d），液瓶中的药液在重力作用下由进药口1进入第一方形电极6上方补充第一方形电极6上的药液，以上完成液滴的配发过程。液滴配发完成后，依次经第二方形电极Ⅲ7-3、第二方形电极Ⅳ7-4、第二方形电极Ⅴ7-5及第二方形电极Ⅵ7-6，运输至出药口9上方的第三方形电极8，后经由出药口9流入输液软管，完成对输液的给药量的精确控制。
本发明将数字微流控技术创新性的应用于医疗器械领域，通过直接输液药物液滴的运动速度和输送数量的控制，对输液速度和药量的控制精确到每个液滴，且输液药物的成分不受限制，可用于单一成分或多种成分的输液药物。

Claims (4)

1.一种基于介质上电润湿的精确给药输液装置，设置在输液器的液瓶与针头间的输液软管上，其特征在于：包括上基板（2）、下基板（12）、电极（3）、第一方形电极（6）、第三方形电极（8）、控制器和N个第二方形电极（7），N≥2，上基板（2）和下基板（12）平行设置，两者之间形成空腔（10），电极（3）设置在上基板（2）底部，电极（3）底部涂覆第一疏水层（11-1），上基板（2）上设有进药口（1），进药口（1）一端依次穿过上基板（2）、电极（3）和第一疏水层（11-1）后与空腔（10）连通，进药口（1）另一端连接液瓶的输液软管；
所述第一方形电极（6）、N个第二方形电极（7）和第三方形电极（8）依次间隔设置在下基板（12）上，第一方形电极（6）位于进药口（1）正下方，第一方形电极（6）、第二方形电极（7）和第三方形电极（8）顶部涂覆介质层（4），介质层（4）顶部涂覆第二疏水层（11-2）；出药口（9）位于第三方形电极（8）中心，且出药口（9）一端依次穿过下基板（12）、第三方形电极（8）、介质层（4）和第二疏水层（11-2）后与空腔（10）连通，另一端连接针头的输液软管，所述的第一方形电极（6）、第二方形电极（7）和第三方形电极（8）分别与控制器相连。
2.根据权利要求1所述的基于介质上电润湿的精确给药输液装置，其特征在于：所述第二方形电极（7）和第三方形电极（8）形状、尺寸均相同，第一方形电极（6）尺寸大于第三方形电极（8）。
3.根据权利要求1所述的基于介质上电润湿的精确给药输液装置，其特征在于：还包括两块侧板（14），两块侧板（14）平行设置，位于上基板（2）和下基板（12）之间，分别与上基板（2）和下基板（12）固连，且将第一方形电极（6）、第二方形电极（7）和第三方形电极（8）包围。
4.根据权利要求3所述的基于介质上电润湿的精确给药输液装置，其特征在于：所述侧板（14）内壁涂覆第二疏水层（11-2）。
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