CN106512191B - 自驱动药物释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及药物控制释放领域，公开了一种自驱动药物释放装置。其中，该装置包括：纳米发电机，用于将人体运动过程中的机械能转化为电能；以及载药导电高分子薄膜层，由所述纳米发电机供电以使得所述载药导电高分子薄膜层中的药物得以释放。通过使用本发明上述的自驱动药物释放装置，无需外加电源就可以实现载药导电高分子薄膜层中的药物的释放，即能够利用人体运动产生的机械能实现自驱动药物释放。

Description

自驱动药物释放装置

技术领域

本发明涉及药物控制释放领域，具体地，涉及一种自驱动药物释放装置。

背景技术

药物控制释放体系与通常的剂型药物给药相比，不仅能改善药物的疗效，还能降低药物的毒副作用。目前，药物控制释放技术具有广泛的应用前景，已成为对人类健康贡献最大的领域之一。

导电聚合物，又称导电高分子(ICPs)，因其对电信号具有良好的响应，在药物控制释放领域被广泛的研究和应用。聚吡咯(polypyrrole，PPy)具有高电导率、易制备、生物相容性好及无毒无害等优点，使其成为药物控制释放领域应用最多的电活性聚合物材料。研究结果表明，PPy膜具有可逆的氧化-还原态。在氧化态时，PPy膜为电子导体，阴离子掺入膜内以中和膜中的正电荷，当PPy膜变为还原态时，膜为电子绝缘体，聚合物中的阴离子将释放出来以保持膜的电中性条件，这一性质可以对阴离子药物实现电化学控制释放。但是，PPy膜在氧化态和还原态之间变化需要外加电场，这样在很大的程度上限制了聚吡咯载药的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种自驱动药物释放装置，以解决现有技术中的药物控制释放技术需要外加电源的缺点。

为了实现上述目的，本发明提供一种自驱动药物释放装置，其中，该装置包括：纳米发电机，用于将人体运动过程中的机械能转化为电能；以及载药导电高分子薄膜层，由所述纳米发电机供电以使得所述载药导电高分子薄膜层中的药物得以释放。

通过上述技术方案，利用纳米发电机将人体运动过程中的机械能转化为电能，并将该电能供给至载药导电高分子薄膜层从而使得所述载药导电高分子薄膜层中的药物得以释放。由此，无需外加电源，就可以实现载药导电高分子薄膜层中的药物的释放，即能够利用人体运动产生的机械能实现自驱动药物释放。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一种实施方式的自驱动药物释放装置的结构示意图；

图2是根据本发明另一种实施方式的自驱动药物释放装置的结构示意图；

图3是置于基底的金属电极上的载药导电高分子薄膜层的剖面图；以及

图4是根据本发明一种实施方式的自驱动药物释放装置的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明一种实施方式的自驱动药物释放装置的结构示意图。

如图1所示，一种自驱动药物释放装置，其中，该装置包括：纳米发电机10，用于将人体运动过程中的机械能转化为电能；以及载药导电高分子薄膜层20，由所述纳米发电机10供电以使得所述载药导电高分子薄膜层20中的药物50得以释放。

其中，所述自驱动药物释放装置能够与人体接触。

通过利用纳米发电机将人体运动过程中的机械能转化为电能，并将该电能供给至载药导电高分子薄膜层从而使得所述载药导电高分子薄膜层中的药物得以释放，导电高分子薄膜层中的药物可以为阴离子型药物。由此，无需外加电源，就可以实现载药导电高分子薄膜层中的药物的释放，即能够利用人体运动产生的机械能实现自驱动药物释放。

根据本发明一种实施方式，所述纳米发电机10包括第一摩擦层12、第二摩擦层14和电极层16，其中：

所述第一摩擦层12的材料与所述第二摩擦层14的材料具有摩擦电极序差异；

所述电极层16设置在所述第二摩擦层14和所述载药导电高分子薄膜层20之间并与所述第二摩擦层14和所述载药导电高分子薄膜层20接触；

不存在人体运动时，所述第一摩擦层12与所述第二摩擦层14之间存在间隙，存在人体运动时所述第一摩擦层12与所述第二摩擦层14发生接触和分离，并通过所述电极层16输出电信号。

图2是根据本发明另一种实施方式的自驱动药物释放装置的结构示意图。

与图1所示的自驱动药物释放装置的不同之处在于，所述装置还包括基板30和设置在所述基板30的第一区域上的金属电极(图2中未示出)，其中所述载药导电高分子薄膜层20设置在所述金属电极上，所述纳米发电机10设置在不同于所述第一区域的第二区域上，所述纳米发电机10与所述载药导电高分子薄膜层20之间通过导线连接。也就是，在该实施方式中，纳米发电机10作为单独的驱动源。基板30采用任意适当的绝缘柔性材料。

图3是置于基底的金属电极上的载药导电高分子薄膜层的剖面图。

如图3所示，基板30上设置有金属电极40，其中所述载药导电高分子薄膜层20设置在所述金属电极40上，药物50置于所述载药导电高分子薄膜层20内。

上述的在基板30上设置金属电极40、在所述金属电极40上设置所述载药导电高分子薄膜层20(例如，其可以为聚吡咯)的结构可以通过现有技术中已有的方法进行制备，本发明不对此进行限定。

其中，所述金属电极40可以选用金电极，但本发明不限于此。

虽然图1和图3中所示的载药导电高分子薄膜层20为紧密的无孔结构，但可替换地，载药导电高分子薄膜层20也可以为多孔的疏松结构。

与图1中所示的纳米发电机10的结构一样，图2中所述纳米发电机10同样包括第一摩擦层12、第二摩擦层14和电极层16，其中：

所述第一摩擦层12的材料与所述第二摩擦层14的材料具有摩擦电极序差异；

所述电极层16的上表面与所述第二摩擦层14接触，下表面与所述基板30接触；

不存在人体运动时，所述第一摩擦层12与所述第二摩擦层14之间存在间隙，存在人体运动时所述第一摩擦层12与所述第二摩擦层14发生接触和分离，并通过所述电极层16输出电信号。

根据本发明一种实施方式，所述第一摩擦层12和所述第二摩擦层14的材料为能够通过摩擦和/或接触产生静电荷效应的柔性材料。

根据本发明一种实施方式，所述第一摩擦层12和所述第二摩擦层14的表面具有纳米或微米级的表面粗糙度。

根据本发明一种实施方式，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层12的材料可以为以下中的一种或几种：聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚苯丙烷碳酸盐、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯弹性体、聚邻苯二酸二烯丙酯和聚甲醛。

根据本发明一种实施方式，所述第一摩擦层12可以为拱形状态，从而有利于第一摩擦层12和第二摩擦层14之间的接触分离。可替换地，第一摩擦层12也可以为其他形状或状态，只要在不存在人体运动时，所述第一摩擦层12与所述第二摩擦层14之间存在间隙就可以。本领域技术人员可以根据实际需要对该间隙进行设定。

本领域技术人员应当理解，上述的第一摩擦层12呈现的形状仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

根据本发明一种实施方式，所述电极层16的材料为金属、合金或铟锡金属氧化物材料。

其中，所述金属可以为以下中的任意一者：金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬和锡，所述合金可以为金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬和锡的任意组合。

根据本发明一种实施方式，所述载药导电高分子薄膜层20的材料为导电聚合物。优选地，所述载药导电高分子薄膜层20的材料为聚吡咯。

在上述实施方式中，对于材料类型的限定仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

此外，电极层16可以通过溅射方式形成在第二摩擦层14上，载药导电高分子薄膜层20可以通过电化学沉积的方法沉积在电极层16上。由此，第二摩擦层14、电极层16和载药导电高分子薄膜层20形成一个整体。

图4是根据本发明一种实施方式的自驱动药物释放装置的工作原理图。

如图4所示，在不存在人体运动的状态下，第一摩擦层12和第二摩擦层14之间处于分离状态，纳米发电机10处于电荷平衡状态，载药导电高分子薄膜层20无电位施加，其中的药物不能释放。在存在人体运动(例如，呼吸、关节弯曲等)时，第一摩擦层12因人体运动的影响发生变形，进而与第二摩擦层14之间产生摩擦。当第一摩擦层12采用更易失电子材料，第二摩擦层14采用更易得电子材料时，第一摩擦层12和第二摩擦层14会带上等量的异号电荷。即第一摩擦层12带正电，第二摩擦层14带负电。

其中，电极层16和载药导电高分子薄膜层20为导体，并且与第二摩擦层14紧密结合，载药导电高分子薄膜层20中存在一个还原电位。在还原电位的作用下，载药导电高分子薄膜层20的结构发生变化，装载在载药导电高分子薄膜层20中的阴离子药物(例如，磺基水杨酸)得以释放。而当人体停止运动时，纳米发电机10完全恢复到初始状态电荷平衡状态(即，第一摩擦层12和第二摩擦层14之间处于分离状态)，载药导电高分子薄膜层20无电位施加，药物停止释放。

本发明所示的自驱动药物释放装置可以植入皮下，也可以附着于皮肤表面。并且本发明所示的自驱动药物释放装置可以装载各种类型的药物，例如，从小分子的三磷酸腺苷(ATP)、水杨酸和谷氨酸盐，到大分子的神经生长因子等。

此外，还可以在本发明所示的自驱动药物释放装置中加入整流桥，用于将纳米发电机10产生的电信号整流为直流电信号，为载药导电高分子薄膜层20一直提供还原电位，从而使得药物释放速率可以得到更大提升。

实现本发明的目的，可以采用现有的任意一种结构的纳米发电机，只要当走路和运动的过程中使纳米发电机10产生形变，进而转化为交变电能即可。

需要说明的是，本发明中关于纳米发电机10将机械能转化为电能的方式没有特殊限制。当人们在走路和运动的过程中会给纳米发电机10外力，由此可以将产生的机械形变转化为交变电能。此外，由于人体的运动可以由人本身控制，相应地也就使得药物的释放过程能够得到实时控制，进而提高药物的生物利用度，减少药物用量及降低副作用。例如，当需要停止供药时就停止药物释放装置所在部位的人体运动；相反就开始相应位置的人体运动。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种自驱动药物释放装置，其特征在于，该装置包括：

纳米发电机，用于将人体运动过程中的机械能转化为电能；以及

载药导电高分子薄膜层，由所述纳米发电机供电以使得所述载药导电高分子薄膜层中的药物得以释放，

其中，所述纳米发电机包括第一摩擦层、第二摩擦层和一个电极层，

其中，所述第一摩擦层的材料与所述第二摩擦层的材料具有摩擦电极序差异；

不存在人体运动时，所述第一摩擦层与所述第二摩擦层之间存在间隙，存在人体运动时所述第一摩擦层与所述第二摩擦层发生接触和分离，并通过所述电极层输出电信号；

其中，所述电极层设置在所述第二摩擦层和所述载药导电高分子薄膜层之间并与所述第二摩擦层和所述载药导电高分子薄膜层接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的材料为能够通过摩擦和/或接触产生静电荷效应的柔性材料。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的表面具有纳米或微米级的表面粗糙度。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的材料为以下中的一种或几种：聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚苯丙烷碳酸盐、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯弹性体、聚邻苯二酸二烯丙酯和聚甲醛。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一摩擦层为拱形状态。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极层的材料为金属、合金或铟锡金属氧化物材料。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载药导电高分子薄膜层的材料为导电聚合物。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载药导电高分子薄膜层的材料为聚吡咯。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载药导电高分子薄膜层为紧密的无孔结构或者多孔的疏松结构。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载药导电高分子薄膜层中的药物为阴离子型药物。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括整流桥，用于将所述纳米发电机产生的电信号整流为直流电信号。

Images