CN111956948A - 一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴及其制备方法 - Google Patents

一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，包括无线控制器和给药装置。无线控制器包括电源模块，远程通信模块，微控制模块，温度感应模块及加热模块，微控制模块通过远程通信模块与智能手机无线通信连接，药贴和智能手机构成药贴系统，按照智能手机发送的指令调控加热模块的加热状态，温度达设定阈值后，给药装置的载药热相变微针阵列由固态转化为液态并释放药物。本发明不仅解决了现有经皮给药装置无法克服皮肤屏障，药物渗透率低的缺点；也解决了现有控释技术外源设备大且昂贵的问题。同时，借助手机控释的方案使本发明更智能化，简便实用，便于日常穿戴。

Description

一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，具体涉及一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴。
背景技术
随着生物技术的发展，经皮给药成为目前一种新兴的给药方式。经皮给药是指是通过涂敷制剂的形式将药物贴于皮肤表面，药物以一定速率通过皮肤渗透进入血液循环而发挥药效。相对于口服给药，能克服肝脏首过效应与肠道降解；相对于注射给药，经皮给药不会产生痛感，无需医务人员操作，十分便捷。但由于皮肤角质层的屏障，经皮给药的药物(特别是一些多肽，蛋白质，寡核苷酸等大分子药物)难以渗透，导致传输效率低、速度慢。
而微针阵列则提供了一种简单易行的解决方法，作为一种微创手段，兼具了效率高、损伤低、可缓释等三大优势。但目前，微针阵列多以被动方式给药，其药物递送率主要取决于针体材料的溶解速率。被动给药可能造成药效不足或药量过盛，易引发不必要的副作用。因此设计与发展可触发式的药物释放系统为主动给药提供了一个重要研究方向。
为了实现微针给药系统的智能控释，现有技术经常复合使用离子导入技术、超声波技术、电穿孔和热消融等。然而这些方法需要使体积较大且价格昂贵的设备，患者在经济性和实用性上无法得到满足。因此，开发便携的可触发型微针阵列给药系统是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开发便携的可触发型微针阵列给药。针对现有技术的不足，现提供一种基于智能手机便可遥控的新型集成化穿戴式热响应微针阵列药贴。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，包括无线控制器和给药装置，所述无线控制器包括集成于柔性电路板的电源模块、远程通信模块、微控制模块、温度感应模块及加热模块，且所述柔性电路板上各模块之间为电连接；
所述微控制模块通过所述远程通信模块与外部的智能手机无线通信连接，所述微控制模块按照所述智能手机发送的指令调控所述加热模块的加热状态，所述温度感应模块检测所述加热模块的温度，所述微控制模块获取所述温度感应模块所检测的所述加热模块当前温度，并发送给所述智能手机；
所述给药装置与所述无线控制器耦合，所述给药装置包括载药热相变微针阵列，所述载药热相变微针阵列位于柔性基底上，当所述加热模块的温度达到设定阈值后，所述载药热相变微针阵列由固态转化为液态并释放药物。
本发明所述的穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，在使用时，将给药装置粘贴于皮肤上，其中，载药热相变微针阵列的针尖朝向皮肤，与给药装置耦合的无线控制器可通过腕带，护腕或绑带固定。固定好之后，对给药装置外表面进行按压，从而载药热相变微针阵列刺入皮肤，在皮肤中形成从微孔给药通道；按压结束，无线控制器中的微控制模块接收外部智能手机发送的指令，通过控制电流量调控加热模块的加热状态，使加热模块工作；当温度达到设定阈值后，加热模块温度不再升高并维持在该温度，载药热相变微针阵列由固态转化为液态并释放药物，患者可通过智能手机获知加热模块的当前温度，根据需求通过操控智能手机使加热模块随时停止工作，由此调整药物传输速度和传输量。此外，本发明所提供的药贴可重复使用，在一次给药完成后，只需更换并固定新的载药热相变微针阵列便可以进行新一轮给药。
进一步的，所述远程通信模块可选用WIFI或蓝牙芯片实现，如BT16 4.2蓝牙芯片,CC2541芯片等。
进一步的，所述微控制模块是采用单片机芯片或ARM处理器芯片实现的，优选但不局限于STM32F103C8T6芯片。
进一步的，所述温度感应模块可采用温度传感器或温度探头等方式实现，如SHT30，SHT31芯片等。
进一步的，所述加热模块采用电生热的原理实现，可以是PI加热膜，发热电热片，电热板或者发热电阻丝等。
进一步的，所述载药热相变微针阵列的微针阵列基底紧贴于所述加热模块。
进一步的，所述载药热相变微针阵列为具有刚性的生物相容性热相变材料制成，且发生热相变的阈值温度低于50℃，因此一般选择聚已内酯，脂肪酸(十二酸，十三酸等)，脂肪醇(十四醇等)。
进一步的，所述载药热相变微针阵列基底为具有柔性的生物相容性非热相变材料制成，一般选用聚乙烯醇(PVA)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，透明质酸(HA)等。
进一步的，所述载药热相变微针阵列为15×15的方形阵列，所述微针阵列中相邻两个微针之间的间距为0.5毫米，微针高为800微米、穿刺部分最大直径小于200微米。
本发明还提供一种可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴系统，该系统包括上述的可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴和智能手机，微控制模块通过远程通信模块与智能手机无线通信连接，微控制模块按照智能手机发送的指令调控加热模块的加热状态，温度感应模块检测加热模块的温度，微控制模块获取温度感应模块所检测的加热模块当前温度，并发送给智能手机，智能手机显示当前温度。
本发明的有益效果如下：
(1)无线控制器所包括的电源模块、远程通信模块、微控制模块、温度感应模块及加热模块集成于柔性电路板，且给药装置采用的也是柔性基底，因此本发明热响应微针阵列药贴实现了易穿戴；
(2)无线控制器与外部的智能手机无线通信连接，可主动调控给药时间以及给药量，实现了对药贴的可遥控，用药方便，容易实现日常给药，能有效应用于全身性透皮给药和局部给药，非常适合糖尿病等慢性病或需要反复药物管理的患者进行自我调控。患者可随身携带本药贴，并在需要给药时通过智能手机调控给药时间和剂量。
(3)本发明提供了一种价格低廉，操作简便的微针阵列药贴，患者无需受限于大且昂贵的外源设备，通过自己的智能手机便可调控给药状态，能满足患者经济性和实用性上的需求。
(4)本发明药贴中的给药装置采用的是载药热相变微针阵列，利用微针阵列热相变的特性，结合电路设计以及智能手机的操控，可实现便携的可触发型微针阵列给药。
附图说明
图1是本实施例中穿戴式遥控热响应微针阵列药贴系统的结构框架图；
图2是本实施例中穿戴式遥控热响应微针阵列药贴的结构示意图；
图3是本实施例中制备所得载药热相变微针阵列扫描电镜图像。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
结合图1和图2，本实施例所述的穿戴式遥控热相变微针阵列药贴1包括无线控制器2和给药装置3。无线控制器2包括集成于柔性电路板的电源模块4、远程通信模块5、微控制模块6、温度感应模块7及加热模块8，且柔性电路板上各模块之间为电连接。
微控制模块6通过远程通信模块5与智能手机9无线通信连接，微控制模块6按照智能手机9发送的指令调控加热模块8的加热状态，温度感应模块7检测加热模块8的温度，微控制模块6获取温度感应模块7所检测的加热模块8当前温度，并发送给智能手机9，智能手机9显示当前温度，便于患者调控。可穿戴式遥控热相变微针阵列药贴1和智能手机8构成穿戴式遥控热相变微针阵列药贴系统。
给药装置3包括载药热相变微针阵列10，载药热相变微针阵列10位于柔性基底上，当加热模块8的温度达到设定阈值后，载药热相变微针阵列10由固态转化为液态并释放药物，给药装置3与无线控制器2耦合，具体的，在本实施例中，微针阵列基底的上表面紧贴于加热模块8的下表面。
较佳地，远程通信模块5可选用BT16 4.2蓝牙芯片或 CC2541芯片实现。微控制模块6可采用STM32F103C8T6芯片实现。温度感应模块7可采用温度传感器或温度探头等方式实现，如SHT30、SHT31芯片等。加热模块8可以是PI加热膜或发热电热片或电热板。
较佳地，无线控制器2的各个模块所集成在的柔性电路板，其尺寸小于50 mm×30mm。药贴预先设定的加热温度应在人体细胞的长久耐受温度区间，一般在45-50℃之间。
较佳地，载药热相变微针阵列10为15×15的方形阵列，载药热相变微针阵列10中相邻两个微针之间的间距为0.5毫米，微针高为800微米、穿刺部分最大直径小于200微米。载药热相变微针阵列10的制作材料为聚已内酯，脂肪酸(十二酸，十三酸等)等热相变材料，这些材料发生热相变的阈值温度均低于50℃。载药热相变微针阵列10的基底材料为 PVA、PVP或 HA等柔性的生物相容性非热相变材料。
本实施例穿戴式遥控热相变微针阵列药贴中的给药装置3用以下方法制备而成：
(1) 将可扩散药物与微针阵列材料混合均匀，制成混合制剂；
(2) 将步骤(1)得到的混合制剂取0.5 mL滴入微针阵列PDMS凹模中，后放
入离心机，转速10000 rpm的条件下离心至少15min；
(3) 将步骤(2)离心后含有混合制剂的凹模取出，放入60℃的烘箱中加热至
少30 min；
(4) 将步骤(3)后的凹模滴入0.5 mL的微针阵列基底材料，再次在转速10000
rpm的条件下离心至少15min；
(5) 将步骤(4)得到的含有混合制剂与基底的凹模置于室温下过夜，或放入
40℃的烘箱中加热至少8 h；
(6) 脱模，并用医用压敏胶涂敷于脱模后的载药热相变微针阵列10的基底
部分。
制备出的载药热相变微针阵列10的扫描电镜图如图3所示。
本发明穿戴式遥控热响应微针阵列药贴系统使用过程如下：
（1）将给药装置3粘贴于皮肤上，其中，载药热相变微针阵列10的针尖朝向皮肤，无线控制器2可通过腕带，护腕或绑带固定，固定好之后，对给药装置3的微针阵列基底进行按压，或者也可以对紧贴于微针阵列基底上表面的加热模块8的上表面进行按压，从而载药热相变微针阵列10刺入皮肤，在皮肤中形成从微孔给药通道；
（2）按压结束，智能手机9通过远程通信模块5与无线控制器2配对连接，智能手机9发送指令给无线控制器2的微控制模块6，微控制模块6按照指令控制无线控制器2的加热模块8的加热状态，加热模块8工作，智能手机9显示加热模块的当前温度。
（3）当温度达到设定阈值后，加热模块8温度不再升高并维持在该温度，载药热相变微针阵列10由固态转化为液态并释放药物。
患者可通过智能手机9获知加热模块8的当前温度，根据需求通过操控智能手机9使加热模块8随时停止工作，由此调整药物传输速度和传输量。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，包括无线控制器和给药装置，所述无线控制器包括集成于柔性电路板的电源模块、远程通信模块、微控制模块、温度感应模块及加热模块，且所述柔性电路板上各模块之间为电连接；
所述微控制模块通过所述远程通信模块与外部的智能手机无线通信连接，所述微控制模块按照所述智能手机发送的指令调控所述加热模块的加热状态，所述温度感应模块检测所述加热模块的温度，所述微控制模块获取所述温度感应模块所检测的所述加热模块当前温度，并发送给所述智能手机；
所述给药装置与所述无线控制器耦合，所述给药装置包括载药热相变微针阵列，所述载药热相变微针阵列位于柔性基底上，当所述加热模块的温度达到设定阈值后，所述载药热相变微针阵列由固态转化为液态并释放药物。
2.如权利要求 1 所述的一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，所述远程通信模块选用 WIFI 或蓝牙芯片实现。
3.如权利要求 1 所述的一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，所述微控制模块是采用单片机芯片或 ARM 处理器芯片实现的。
4.如权利要求 1 所述的一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，所述温度感应模块采用温度传感器或温度探头等方式实现。
5.如权利要求 1 所述的一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，所述加热模块采用电生热的原理实现，所述加热模块包括但不限于是 PI 加热膜、发热电热片、电热板或者发热电阻丝。
6.如权利要求 1 至 5 中任一项所述的一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，所述载药热相变微针阵列的微针阵列基底紧贴于所述加热模块。
7.如权利要求 6 所述的一种穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，所述载药热相变微针阵列为 15×15 的方形阵列，所述微针阵列中相邻两个微针之间的间距为 0.5毫米，微针高为 800 微米、穿刺部分最大直径小于 200 微米。
8.如权利要求 7 所述的一种可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，所述载药热相变微针阵列为具有一定刚性的生物相容性热相变材料制成，且发生热相变的阈值温度低于 50℃。
9.如权利要求 8 所述的一种可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴，其特征在于，制作所述微针阵列基底的材料包括但不限于聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、透明质酸等。
10.一种可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴系统，其特征在于，包括如权利要求 1 至9 中任一项所述的可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴和智能手机，所述可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴中的微控制模块通过远程通信模块与所述智能手机无线通信连接，所述微控制模块按照所述智能手机发送的指令调控加热模块的加热状态，所述可穿戴式遥控热响应微针阵列药贴中的温度感应模块检测所述加热模块的温度，所述微控制模块获取所述温度感应模块所检测的所述加热模块当前温度，并发送给所述智能手机，所述智能手机显示当前温度。
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