CN112472975B - 一种宫内药物控释系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于药物控制释放领域，具体涉及一种宫内药物控释系统，包括：封装在外壳内的电源、微控制器、传感器、微型泵、微型阀和储药室；其中微控制器、传感器、微型泵和微型阀通过MEMS工艺制作成微机电单元；系统经阴道手术植入女性子宫内，电源用于给微控制器、传感器和微型泵供电；储药室用于存储药物；微控制器用于当根据传感器测得的宫内压力或温度判断女性处于排卵期时向微型泵发送控制信号；微型泵用于根据控制信号控制微型阀开启以实现药物定时定量靶向释放。本发明基于MEMS的宫内药物控释系统可经阴道手术植入女性子宫内，采用传感器自动检测女性排卵期控制避孕给药，将微量药物定时定量地靶向精准释放至女性的子宫内，适用于长期的给药计划。

Description

一种宫内药物控释系统

技术领域

本发明属于药物控制释放领域，更具体地，涉及一种宫内药物控释系统。

背景技术

目前避孕药物的给药方式，大多为每天口服，此方法存在的缺陷有：其一，药物用量大，药物利用率较低而副作用大；其二，需要服药者保持长期服药的习惯，给服药者造成了一定的困难；其三，服药周期一般通过月经周期来估计，具有一定的误差。

目前的避孕药物控释系统大致可分为阴道环和宫内节育器两类。阴道环以硅橡胶为载体，制成环状物，放置在阴道内的缓释避孕系统，可由使用者自行放置和取出，它通过渗透避孕药物或激素的方式来实现避孕的效果，其缺点为容易脱落，采用渗透方式释放药物，在植入人体后药物会持续释放，无法做到药物定时定量释放。

宫内节育器是一种放置在子宫腔内的避孕装置，通常以不锈铜、塑料、硅橡胶等材料制成，不带药的宫内节育器称为惰性宫内节育器，而含有孕激素或铜等具有较高避孕效果药物的宫内节育器称为带药或活性宫内节育器，是我国普遍使用的节育器械种类之一。宫内节育器的种类有很多，国内常用的有金属单环、麻花环、混合环、节育环、T形环等。放置宫内节育器最好在月经干净后的3至7天内，由医生通过手术放入子宫内。宫内节育器因为放在子宫内，因此不易脱落，其缺点为惰性宫内节育器需手术植入，为植入者的身心健康带来了巨大的压力，且避孕效果不好，一部分活性宫内节育器含有铜离子，而为达到避孕效果所需的超人体正常生理剂量的铜离子具有细胞毒性和溶血作用，容易产生经量过多、异常出血、疼痛等副作用，另外其同样采用渗透方式释放药物，释放量难以控制，无法做到精准释药。

中国专利公开号CN1397271A公开了一种腔内给药系统的制备方法，使用该方法制作阴道环较为简单，由于长期持续释放药物，导致其释放量差距较大，无法做到药物的定时定量精确释放。欧洲专利公开号EP876815公开了一种阴道环，当前此阴道环的应用方案是，将其放入21天，然后取出1周，以允许阴道出血。允许阴道出血的一周后，将一个新的阴道环置入女性阴道内，以在下一个女性周期或多个周期中提供避孕。这种方案的缺点是女性必须记住每次放入和取出的关键时间点，较为困难，因此容易导致意外怀孕。中国专利公开号CN201356700A公开了一种宫内节育装置，其结构较为简单且避孕效果较好，但其使用铜丝缠绕在T型支架上来提升避孕效果，但铜离子可能会导致月经量偏多、月经淋漓不尽等副作用。

发明内容

本发明提供一种宫内药物控释系统，用以解决现有给药系统不能兼容长期、定时、定量精确释放药物的性能的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种宫内药物控释系统，包括外壳，还包括：封装在所述外壳内的电源、微控制器、传感器、微型泵、微型阀和储药室；其中，所述微控制器、所述传感器、所述微型泵和所述微型阀通过MEMS工艺制作成微机电单元；

所述系统经阴道手术植入女性子宫内，其中，所述电源用于给所述微控制器、所述传感器和所述微型泵供电；所述储药室用于存储药物；所述微控制器用于当根据所述传感器测得的宫内压力或温度判断女性处于排卵期时，向所述微型泵发送控制信号；所述微型泵用于根据所述控制信号控制微型阀开启以实现药物定时定量靶向释放。

本发明的有益效果是：随着MEMS和外科植入技术的发展，基于MEMS的宫内药物控释系统可经阴道手术植入女性子宫内，采用微控制器，通过自动检测女性排卵期控制避孕给药，将微量药物定时定量地精准靶向释放至女性的子宫内，能够适用于长期的给药计划。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述电源为CR2032纽扣电池。

本发明的进一步有益效果是：CR2032纽扣电池的尺寸小，电压和电池容量能够满足该系统的使用时长。

进一步，所述微型阀包括入口单向阀和出口单向阀。

进一步，所述微型泵包括泵腔和电阻型双金属片；所述泵腔上开设进药孔和出药孔，所述入口单向阀设置在所述进药孔且位于所述泵腔内侧，所述出口单向阀设置在所述出药孔且位于所述泵腔外侧；所述控制信号为方波脉冲信号；

当所述微型泵接收到所述方波脉冲信号时，所述电源周期性地向所述电阻型双金属片的电阻层通电产生热量，所述电阻型双金属片受热弯曲变形使得所述泵腔内内压力变小，所述入口单向阀打开，所述出口单向阀关闭，所述储药室的药物流入所述泵腔；相应地周期性地对所述电阻型双金属片的电阻层断电，所述入口单向阀关闭，所述出口单向阀打开，药物由所述泵腔排出释放，实现药物定向微量输送。

进一步，所述储药室采用弹性薄膜式胶囊，与所述微型泵的进药孔之间采用医用胶粘剂密封连接。

进一步，所述微控制器所产生的控制信号为频率和占空比可调的脉冲信号，根据子宫内的温度或压力以及所需药物释放速度进行确定。

本发明的进一步有益效果是：根据实际需要，即子宫内的温度或压力以及所需药物释放速度，调整微控制器所产生的控制信号的频率和占空比，灵活性高。

进一步，所述外壳为T型或Y型，材料为具有形状记忆性的交联形式的乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯的含量20-45％。

进一步，所述电源为充电电池，采用体外能量发射线圈进行经皮无线充电。

本发明的进一步有益效果是：电源采用充电电池，可以使用无线能量传输技术为其充电，避免了更换电池所带来的麻烦。因为一次性电池耗尽后需要通过手术将装置从女性子宫内取出，更换电池后再将装置植入，过程较为麻烦。

进一步，所述传感器为硅压阻传感器或半导体温度传感器。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于MEMS的宫内药物控释系统的示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的一种基于MEMS的宫内药物控释系统中MEMS系统的结构框图；

图3为本发明实施例提供的一种基于MEMS的宫内药物控释系统中微型泵的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于MEMS的宫内药物控释系统的结构图；

图5为本发明实施例提供的一种基于MEMS的宫内药物控释系统示意性框图；

图6为本发明实施例提供的一种基于MEMS的宫内药物控释系统示意性框图；

图7为本发明实施例提供的一种基于MEMS的宫内药物控释系统示意性框图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1、电源，2、微机电单元，21、微控制器，22、传感器，23、微型泵，231、进药口，232、泵腔，233、加热电阻层，234、铝硅热双金属片，235、出药口，24、微型阀，241、入口单向阀，242、出口单向阀，3、储药室，4、外壳，5、水平支架，6、释药口，7、电路系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例

一种宫内药物控释系统，包括外壳，还包括：封装在外壳内的电源、微控制器、传感器、微型泵、微型阀和储药室；其中，微控制器、传感器、微型泵和微型阀通过MEMS工艺制作成微机电单元；

系统经阴道手术植入女性子宫内，其中，电源用于给微控制器、传感器和微型泵供电；储药室用于存储药物；微控制器用于当根据传感器测得的宫内压力或温度判断女性处于排卵期时，向微型泵发送控制信号；微型泵用于根据控制信号控制微型阀开启以实现药物定时定量靶向释放。

微控制器可根据传感器测得的宫内压力或温度变化，判断女性是否在排卵期，若不在排卵期则系统处于低功耗模式，若在排卵期则由微控制器向微型泵定时发送方波脉冲信号。

随着MEMS和外科植入技术的发展，基于MEMS的宫内药物控释系统可经阴道手术植入女性子宫内，通过自动检测女性排卵期控制避孕给药，将微量药物定时定量地精准靶向释放至女性的子宫内。其中，采用MEMS工艺制作的微机电单元系统尺寸较小，便于手术植入子宫内。

为了更好的说明本发明系统，现给出如下示例：

一种基于MEMS的宫内药物控释系统，如图1所示，包括电源1、MEMS系统2(即微机电单元)、储药室3、外壳4、弹性可折叠的水平支架5、释药口6。其中，电源1、储药室3分别与MEMS系统2相连接，电源1位于MEMS系统2左下方，储药室3位于MEMS系统2上方(该布局仅为了给药方便)，外壳4将电源1、MEMS系统2、储药室3进行固定封装。水平支架5的全长为10mm-30mm，厚度为1mm-2mm(此结构尺寸符合宫内节育器尺寸大小)，用于在子宫内起到固定作用；外壳4的全长为20mm-40mm，厚度为1mm-4mm，用于生物兼容性封装；释药口6的直径为1mm-2mm，用于释放药物。

该系统可由经阴道手术植入到女性子宫内，植入时水平支架5可进行弯曲折叠，植入女性子宫后则会回弹至T或Y形，其具体植入方法为：使用扩张器暴露阴道和宫颈；使用子宫颈钳夹住宫颈前唇或后唇，如果子宫过度屈曲则应向外牵拉使宫体呈水平位；使用子宫探针沿子宫方向探测宫腔深度，并根据宫颈管的深度和宫颈口的松紧选择合适外形尺寸的可植入装置；缓缓牵拉宫颈，拉直子宫轴线；先将水平支架5向上或下弯曲折叠，然后把可植入装置放入放置管中，折叠后的放置时间不要超过5分钟以防止其无法复原；将放置管沿宫腔送入至子宫底部，固定内杆，将放置器后撤1.2cm，推出装置，此时水平支架5缓慢伸展并逐渐恢复水平位，再将放置管上移至水平支架5下端将水平支架5送至宫底，抽出实心杆，最后从宫腔内慢慢撤出放置管。

如图2所示，MEMS系统2包括微控制器21、传感器22、微型泵23和微型阀24，该MEMS系统通过X射线光刻技术的LIGA工艺制作而成。其中，微控制器可根据硅压阻传感器测得的宫内压力，判断女性月经周期的不同阶段，临床研究表明女性在一个月经周期内宫内压力按一定规律变化(23.4～56.2mmHg)，卵泡后期的宫内压力均值为56.2mmHg，排卵期的宫内压力均值为44.4mmHg，黄体前期的宫内压力均值为36.2mmHg。当检测到排卵期后，微控制器控制微型泵周期性打开和关闭微型阀，实现药物的定向输送。

优选的，电源为CR2032纽扣电池。

优选的，微型阀包括入口单向阀和出口单向阀。

优选的，微型泵包括泵腔和电阻型双金属片；泵腔上开设进药孔和出药口，入口单向阀设置在进药孔且位于泵腔内侧，出口单向阀设置在出药口且位于泵腔外侧；控制信号为方波脉冲信号；

当微型泵接收到方波脉冲信号时，电源周期性地向电阻型双金属片的电阻层通电产生热量，电阻型双金属片受热弯曲变形使得泵腔内内压力变小，入口单向阀打开，出口单向阀关闭，储药室的药物流入所述泵腔；相应地周期性地对电阻型双金属片的电阻层断电，入口单向阀关闭，出口单向阀打开，药物由泵腔排出释放，实现药物定向微量输送。

微型阀采用单向膜片结构，防止药物倒流。泵腔采用方形或其它多边形空腔结构。热双金属片材料可选取单晶硅、多晶硅和铝薄膜，并设计为方形或圆形薄膜状，位于泵腔表面，当接收到方波信号时，热双金属片的电阻层周期性释放热量，使得热双金属片发生周期性形变，泵腔内压力随之产生周期性变化，周期性开启微型阀，实现药物的定向微量输送。

如图3所示，微型泵23包括进药口231、泵腔232、加热电阻层233、铝硅热双金属片234、出药口235，微型阀24包括入口单向阀241、出口单向阀242。其中，微型阀均采用单向膜片结构，入口单向阀241设在进药口231处，位于泵腔232内；出口单向阀242设在出药口235处，位于泵腔232外。当加热电阻层233通电产生热量后，铝硅热双金属片234受热弯曲变形，泵腔232的容积增加、内压力降低，若泵腔232的内压力降至小于入口单向阀241的开启压力时，出口单向阀242关闭，入口单向阀241打开，储药室3的药物经入口单向阀241进入泵腔232；随着药物的流入，泵腔232的内压力增加，若泵腔232的内压力升至等于入口单向阀241的开启压力时，入口单向阀241关闭，储药室3的药物停止进入泵腔232；当加热电阻层233断电时，铝硅热双金属片234散热、形变消失，泵腔232容积减小、内压力增大，若泵腔232的内压力大于出口单向阀242的开启压力时，出口单向阀242打开，药物经出药口235由出口单向阀242排出泵腔232，并通过释药口6进入子宫；随着药物的排出，泵腔232的内压力下降，当泵腔232的内压力降至等于出口单向阀242的开启压力时，出口单向阀242关闭，完成药物的定向输送。

储药室3中的避孕药物可选用比例为4:1的孕激素(依托孕烯)和雌激素(炔雌醇)以及适量的辅料(甘油)制成。取25mg药品研磨成粉末或加入40mg低分子硅油配置成溶液，封装到储药室3中，其每次排卵期的释放量为20μg。

优选的，储药室采用弹性薄膜式胶囊，与微型泵的进药孔之间采用医用胶粘剂密封连接。

优选的，微控制器所产生的控制信号为频率和占空比可调的脉冲信号，根据子宫内的温度或压力以及所需药物释放速度进行确定。

优选的，外壳为“T”或“Y”字形，材料为具有形状记忆性的交联形式的乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯的含量20-45％。外形为T型或Y型，近似女性子宫形状，便于在女性子宫内固定。

如图4所示，5为水平支架、4为外壳、3为储药室、23为微型泵、6为释药口、235为出药口、7为电路系统(电路系统包括微控制器及其外围电路、传感器的接口电路、加热电阻层的驱动电路)、22为传感器、1为电源。电源1可选择CR2032纽扣电池，所述电源1用于给电路系统7的电路供电；微型泵23与储药室3和出药口235的连接处均设有微型阀；传感器22位于装置的外表面，用于感受宫腔的压力或温度；电路系统7的用于控制微型泵23的启停；储药室3采用弹性薄膜式胶囊，用于储存药物；外壳4的材料选择具有形状记忆性的交联形式的乙烯-醋酸乙烯共聚物(醋酸乙烯的含量20-45％)，可通过购买获得，也可通过电子加速器等放射源的辐射作用使线性乙烯-醋酸乙烯共聚物改变成网状结构来获得；外壳4与传感器22、出药口235、释药口6的连接缝隙处均采用医用胶粘剂密封。药物控释装置的工作流程如下：

当传感器22检测不处于排卵期，微型泵23不工作，入口单向阀241和入口单向阀242处于关闭状态，药物无法从储药室3流入泵腔232。

当传感器22检测到排卵期后，电路系统7控制加热电阻层233接通电源1，铝硅热双金属片234受热弯曲变形，泵腔232的容积增加、内压力降低，若泵腔232的内压力降至小于入口单向阀241的开启压力时，入口单向阀241打开，所述储药室3的药物经入口单向阀241进入泵腔232；随着药物的流入，泵腔232的内压力增加，若泵腔232的内压力升至等于入口单向阀241的开启压力时，入口单向阀241关闭，储药室3的药物停止进入泵腔232；电路系统7控制加热电阻层233断开电源1，铝硅热双金属片234散热、形变消失，泵腔232容积减小、内压力增大，若泵腔232的内压力大于出口单向阀242的开启压力时，出口单向阀242打开，药物经出药口235由出口单向阀242排出泵腔232，通过释药口6进入子宫；随着药物的排出，泵腔232的内压力下降，当泵腔232的内压力降至等于出口单向阀242的开启压力时，出口单向阀242关闭，至此微型泵23完成一次药物的精确微量输送。

电路系统7通过控制微型泵23的启停，实现药物的定量输送。

优选的，电源为充电电池，采用体外能量发射线圈进行经皮无线充电。

优选的，传感器为硅压阻传感器或半导体温度传感器。

例如，一种基于MEMS的宫内药物控释系统，如图5所示，它包括电池、微控制器、温度传感器、储药室、微型泵、微型阀、外壳。其中温度传感器用于测量宫腔内温度，微控制器利用测得的温度数据，判断女性身体是否在排卵期，若不在排卵期系统工作于低功耗模式，若在排卵期则微控制器会向微型泵发送一定频率的PWM信号，控制药物的定量输送。

如果测得24小时内的平均温度比基础体温升高了0.3至0.5度，则说明女性处于排卵期。例如基础体温为36.5度，当测得温度为36.8度至37.0度时，视为女性在排卵期内。基础体温可通过预先设定和长期统计获得。

再例如，一种基于MEMS的宫内药物控释系统，如图6所示，它包括体外能量发射单元、体内能量接收单元、充电控制电路、整流滤波稳压电路、可充电电池、微控制器、压阻传感器、储药室、微型泵、微型阀、外壳。其中体外能量发射单元穿戴于人体腹部或背部，向体内的药物控释系统发射电磁能量。其中所述体内能量接收单元用于接收所述体外能量发射单元发射的能量，并通过整流滤波稳压电路和充电控制电路为所述可充电电池进行充电。

例如，一种基于MEMS的宫内药物控释系统，如图7所示，它包括体外能量发射单元、体内能量接收单元、充电控制电路、整流滤波稳压电路、可充电电池、微控制器、温度传感器、储药室、微型泵、微型阀、外壳。其中所述温度传感器用于测量温度，并通过测得温度数据，判断女性身体是否在排卵期。如果测得温度在24小时内比基础体温升高了0.3至0.5度，则说明女性处于排卵期。例如基础体温为36.5度，当测得温度为36.8度至37.0度时，视为女性在排卵期内。基础体温可通过预先设定和长期统计获得。

若不在排卵期装置会处于低功耗模式，若在排卵期则微控制器会向微型泵发送一定频率的PWM信号，控制药物的定量输送。其中所述体外能量发射单元穿戴于人体腹部或背部，向体内的药物控释系统发射电磁能量。其中所述体内能量接收单元用于接收所述体外能量发射单元发射的能量，并通过整流滤波稳压电路和充电控制电路为所述可充电电池进行充电。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宫内药物控释系统，包括外壳(4)，其特征在于，还包括：封装在所述外壳(4)内的电源(1)、微控制器(21)、传感器(22)、微型泵(23)、微型阀(24)和储药室(3)；其中，所述微控制器(21)、所述传感器(22)、所述微型泵(23)和所述微型阀(24)通过MEMS工艺制作成微机电单元(2)；所述系统经阴道手术植入女性子宫内，其中，所述电源(1)用于给所述微控制器(21)、所述传感器(22)和所述微型泵(23)供电；所述储药室(3)用于存储药物；所述微控制器(21)用于当根据所述传感器(22)测得的宫内压力或温度判断女性处于排卵期时，向所述微型泵(23)发送控制信号；所述微型泵(23)用于根据所述控制信号控制微型阀(24)开启以实现药物定时定量靶向释放；

所述微型阀(24)包括入口单向阀(241)和出口单向阀(242)；

所述微型泵(23)包括泵腔和电阻型双金属片；所述泵腔上开设进药孔和出药孔，所述入口单向阀(241)设置在所述进药孔且位于所述泵腔内侧，所述出口单向阀(242)设置在所述出药孔且位于所述泵腔外侧；所述控制信号为方波脉冲信号；

当所述微型泵(23)接收到所述方波脉冲信号时，所述电源(1)周期性地向所述电阻型双金属片的电阻层通电产生热量，所述电阻型双金属片受热弯曲变形使得所述泵腔内压力变小，所述入口单向阀(241)打开，所述出口单向阀(242)关闭，所述储药室(3)的药物流入所述泵腔；相应地周期性地对所述电阻型双金属片的电阻层断电，所述入口单向阀(241)关闭，所述出口单向阀(242)打开，药物由所述泵腔排出释放，实现药物定向微量输送；

所述储药室(3)采用弹性薄膜式胶囊；

所述微控制器(21)所产生的控制信号为频率和占空比可调的脉冲信号，根据子宫内的温度或压力以及所需药物释放速度进行确定。

2.根据权利要求1所述的一种宫内药物控释系统，其特征在于，所述电源(1)为CR2032纽扣电池。

3.根据权利要求1所述的一种宫内药物控释系统，其特征在于，所述储药室(3)与所述微型泵(23)的进药孔之间采用医用胶粘剂密封连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种宫内药物控释系统，其特征在于，所述外壳(4)为T型或Y型，材料为具有形状记忆性的交联形式的乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯的含量20-45％。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种宫内药物控释系统，其特征在于，所述电源(1)为充电电池，采用体外能量发射线圈进行经皮无线充电。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种宫内药物控释系统，其特征在于，所述传感器(22)为硅压阻传感器或半导体温度传感器。

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