CN114668976A - 一种基于无线供能的柔性药物递送器件及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线供能的柔性药物递送器件及制备方法，提供了一种基于无线供能的柔性药物递送器件包括：针头，针头以柔性电路板为基准，柔性电路板一侧嵌有药物递送管道，另一侧面针尖端集成有发光部件，柔性电路板和发光部件被透明硬质高分子材料包封形成针头壁；无线供能单元，无线供能单元与所述针头通过柔性电路板连接。本发明公开基于无线供能的柔性药物递送器件利用无线供能模块进行供能，避免了电池模组，使得整个器件具有柔性，与人体长期稳定贴合；发光部件可随着针头一起到达病变组织附近，光源直接照射在病变组织附近不会对健康组织造成损害，因此可以选择更多波段的光源进行照射，拓宽了药物的选择。

Description

一种基于无线供能的柔性药物递送器件及制备方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别涉及一种基于无线供能的柔性药物递送器件及制备方法。

背景技术

药物的可控释放旨在有目的地调节释放速度，从而影响体内的药物浓度水平，从而使药物剂量获得优化的治疗效果。采用特定波长的光源照射药物或药物载体，是一种活化药物或释放药物的技术手段。通过控制光照射的强度、时间、位置等因素，可以控制药物在病灶部位精准生效。基于这种方式，光动力、光控释药等一系列治疗方式用于肿瘤、皮肤病、心脑血管疾病、感染性疾病、眼部疾病、结缔组织疾病的精准治疗。相比传统治疗手段，这些治疗方式克服了药物激活缓慢,药物利用率低、以及选择性差导致的毒副作用强等缺点，在精准医学领域有着广阔的发展前景。

上述几种治疗方式，都需要有特定波长的光源照射目标位置，实现药物在病灶部位的激活(包括光敏药物的活化、具有载体的药物的释放等)。目前的治疗采用的设备多由独立的药物递送设备和位于体外的独立激发光源组成。药物递送常采用静脉注射、皮下注射或肌肉注射，少数可口服；激发光源常采用激光器、发光二极管(LED)等在体外照射，透过皮肤和其他组织到达病变部位，少数采用内窥镜和光纤配合接近病变部位。

目前采用体外照射的方式的光源设备，需要考虑光源对人体组织的穿透性。由于人体组织对红光以及更长波长的光透过率较高，因激发光源采用可见红光或红外光波段的光(波长大于630nm)；如果采用蓝光或紫外光源(波长小于490nm)的体外光源，在提高有效照射功率的同时，有可能导致过量能量损失在人体其他健康组织，其引起的热效应以及其他辐射风险可能会导致正常组织受伤，如果有效照射功率太低，则会导致药物激活不及预期，疗效变差。

目前应用于光动力、光控释药等治疗的仪器难以采用红光或红外光波段以外的光，这限制了药物激活采用的光的波段，限制了针对更多疾病的精准治疗开发。

目前应用于光动力、光控释药等治疗的仪器有体积庞大，无法便携的问题。如PDT630-A型光动力治疗仪，具有一米以上的庞大机身，而且需要使用光纤或其他辅助器件靠近病变部位，不能便携穿戴使用。

目前应用于穿戴医疗的设备多携带电池模块。受限于储能技术，电池模块具有体积大、重量大、容量有限的问题。一般无法直接贴合于皮肤表面，需要配合束缚带固定在身体上，穿戴存在局限性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于无线供能的柔性药物递送器件及制备方法。

一种基于无线供能的柔性药物递送器件，包括：

针头，所述针头以柔性电路板为基准，所述柔性电路板一侧面内嵌有药物递送管道，另一侧面针尖端集成有用于激活药物的发光部件，所述柔性电路板和发光部件被透明硬质高分子材料包封形成针头壁；

无线供能单元，所述无线供能单元与所述针头通过柔性电路板连接，用于接收外部电磁波并产生电能为所述发光部件供电，所述无线供能单元被柔性的硅橡胶包封。

具体的，将针头刺入病变组织附近，药物从药物递送管道的出口流出到达病变组织附近，发光部件通过柔性电路板与无线供能单元电性连接，无线供能单元提供的电能通过柔性电路板传递至发光部件，发光部件发出波长固定的光激活药物，被激活的药物作用于病变组织；

所述药物包括光敏药物和具有载体的药物，光敏药物的激活是指利用特定波长的光使光敏药物活化进而发挥作用，具有载体的药物是指利用也定波长的光使其从载体中释放出来；此外，光敏药物和具有载体的药物通常为液体形态。

优选的，光敏药物和具有载体的药物可以是常规的液体形式，也可以配置为在体内形成凝胶形态以实现缓释功能；

激活不同的药物需要不同波长的光，每一台柔性药物递送器件上的发光部件发出的光的波长是固定的，因此需根据药物的种类选择适配的波长的光进而实现对柔性药物递送器件的选择；发光部件通常为封装好的LED，包括但不限于0402封装；

所述无线供能单元被柔性的硅橡胶包封；采用硅橡胶包封可以提高器件的防水能力和工作的稳定性；

此外，药物经由药物递送管道递送，发光部件的发光由无线供能单元控制，即可以同时完成药物的递送和光激活控制，完成可控的光控药物激活治疗。

优选的，所述无线供能单元包括：

近场天线，所述近场天线与柔性电路板连接，用于接收近场电磁场发生器发射的电磁波并进行电磁感应产生高频交流电；

整流稳压电路，所述整流稳压电路集成于柔性电路板，用于将近场天线产生的高频交流电转化为恒定的直流电；

微控制单元，所述微控制单元集成于柔性电路板，用于响应外界近场电磁场发生器，与外界电磁场发生器通信，并控制发光单元的开关；

所述近场天线、整流稳压电路和微控制单元均集成在柔性电路板上。

具体的，所述柔性电路板上还设有用于对近场天线的共振频率调谐的电容，近场天线不同的共振频率可以实现与不同智能终端的兼容，如将近场天线的共振频率调谐至接近13.56MHz时就能实现与智能手机NFC的兼容；

微控制单元通过控制近场电磁场发生器的开关控制发光部件的开关，对发光部件开关的控制实现了对控制发光部件发射光源的时间控制，进一步实现了对药物激活剂量的控制，当近场天线与智能终端兼容时，在智能终端操作即可控制近场电磁场发生器的开关；

所述整流稳压电路包括陶瓷电容、超快恢复二极管构成的桥式结构以及低压差线性稳定器，或能实现整流稳压功能的集成芯片。

优选的，所述微控制单元通过控制发光部件的发光时间对药物的激活量进行控制。

具体的，不同的药物激活所需的时间不同，治疗时不同的病变组织所需的药物的量也不同，因此需通过微控制单元对发光部件的发光时间进行控至进而对药物激活量进行控制。

优选的，还包括：柔性延伸连接单元，所述柔性延伸连接单元通过柔性电路板连接所述针头和所述无线供能单元，以实现柔性连接的目的，在所述无线供能单元不移动的情况下实现针头的可移动。

具体的，柔性延伸连接单元能够弯曲和拉直，实现了针头的可移动，在此种情况下，针头的移动的距离至少可达1cm。

优选的，所述无线供能单元和所述柔性延伸连接单元的柔性电路板一侧面均内嵌有药物递送管道，所述无线供能单元包括的药物递送管道、所述柔性延伸连接单元的药物递送管道以及所述针头的药物递送管道连通，形成药物递送通路。

具体的，药物通过药物递送通路从体外递送至病变部位，药物递送通路与无线供能单元、柔性延伸连接单元、针头一体化连接，更方便使用。

优选的，所述药物递送通路还配有注射器接口，所述注射器接口用于连接外部注射器，注射器通过注射器接口和药物递送通路向针尖端输入药物。

具体的，推动注射器的过程不仅能够将注射器中的药物推送至药物递送通路中还可以为药物递送通路中的药物提供向前运动的动力。

优选的，所述无线供能单元和所述柔性延伸连接单元包含的所有部件均被柔性的硅橡胶包封；

所述透明硬质高分子材料包括光固化胶。

具体的，柔性的硅橡胶包封既能将各部件包封成一个整体，又能保证柔性延伸连接单元具有弯曲和拉直的功能；而针头利用光固化胶包封既能保证包封后针头的硬度又不阻挡发光部件发射的光源的光路。

所述发光部件的发光部凸起于柔性电路板，以实现沿柔性电路板所在平面的360°光照。被发光部件的光照辐照到的药物，才有可能被激活，激活后的药物才能起到治疗的作用，因此在将柔性药物递送器件插入之前，需预先确定病变组织的具体位置。

优选的，所述柔性药物递送器件为薄片形，厚度为0.15-3mm，且厚度不均匀，最薄处大于0.15mm，最厚处小于3mm，重量小于5g。

具体的，柔性电路板的基材为0.1mm厚的聚酰亚胺，聚酰亚胺两面都覆有35μm厚的铜层。

本发明还提供一种如上任一项所述的柔性药物递送器件的制备方法，包括以下步骤：

设计包含发光部件、近场天线、整流稳压电路以及微控制单元的电路并仿真验证；

印制具有所述电路和柔性药物递送器件结构状的柔性电路板；

在柔性电路板上焊接发光部件、整流稳压电路芯片以及微控制单元芯片；

准备牺牲层墨水，将牺牲层墨水以预期图案印刷在柔性印制电路板上；

采用光固化胶包封针头的部件形成针头壁，待光固化胶固化后，采用硅橡胶包封剩余部分；

硅橡胶固化后，于预期图案的两端切口，并冷却待牺牲层墨水液化后，从切口一端施加真空将牺牲层墨水从另一个切口吸出，牺牲层墨水流出形成的中空管道为药物递送管道。

具体的，利用锡基焊锡膏将发光部件、近场天线、整流稳压电路以及微控制单元焊接到柔性电路板；

准备牺牲层墨水的过程是用Pluronic F127以23w/w％溶解在4℃去离子水中并剧烈搅拌3小时来制得，而后将墨水转移到打印针管中并恢复到室温后，以预期图案将牺牲层墨水印刷在柔性电路板上；

当牺牲层墨水冷却至10℃以下时，在一端切口加真空，液化牺牲层墨水从另一端流出。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

利用无线供能模块进行供能，不需要笨重的电池模组或者复杂的线缆，同时采用柔性印制电路板，使得器件整体为薄片形，体积小重量轻，易于穿戴，增强了便利性；发光部件可随着针头一起到达病变组织附近，也就是光源直接照射在病变组织附近不需要穿透健康的其他组织，也就不会对健康组织造成损害，因此可以选择更多波段的光源进行照射，拓宽了药物的选择。

附图说明

图1为本发明提供的基于无线供能的柔性药物递送器件一个侧面的结构示意图；

图2为本发明提供的基于无线供能的柔性药物递送器件另一个侧面的结构示意图；

图3为本发明提供的光固化胶和硅橡胶包封方位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于无线供能的柔性药物递送器件，包括：

针头20，所述针头20以柔性电路板10为基准，所述柔性电路板10一侧面内嵌有药物递送管道30，另一侧面针尖端集成有用于激活药物的发光部件40，所述柔性电路板10和发光部件40被透明硬质高分子材料包封形成针头壁；

无线供能单元，所述无线供能单元与所述针头20通过柔性电路板10连接，用于接收外部电磁波并产生电能为所述发光部件40供电。

将针头20刺入病变组织附近，药物从药物递送管道30的出口流出到达病变组织附近，发光部件40通过柔性电路板10与无线供能单元电性连接，无线供能单元提供的电能通过柔性电路板10传递至发光部件40，发光部件40发出波长固定的光激活药物，被激活的药物作用于病变组织；

所述药物包括光敏药物和具有载体的药物，光敏药物的激活是指利用特定波长的光使光敏药物活化进而发挥作用，具有载体的药物是指利用也定波长的光使其从载体中释放出来；此外，光敏药物和具有载体的药物通常为液体形态，也可以配置为凝胶形态以实现缓释功能；

激活不同的药物需要不同波长的光，每一台柔性药物递送器件上的发光部件40发出的光的波长是固定的，因此需根据药物的种类选择适配的波长的光进而实现对柔性药物递送器件的选择；发光部件40通常为封装好的LED，如0402封装；

此外，药物经由药物递送管道30递送，发光部件40的发光由无线供能单元控制，即可以同时完成药物的递送和光激活控制，完成可控的光控药物激活治疗。

所述无线供能单元包括：

近场天线51，所述近场天线51与柔性电路板10连接，用于接收近场电磁场发生器发射的电磁波并进行电磁感应产生高频交流电；

整流稳压电路52，所述整流稳压电路52集成于柔性电路板10，包括陶瓷电容、超快恢复二极管构成的桥式结构以及低压差线性稳定器,用于将近场天线51产生的高频交流电转化为恒定的直流电；

微控制单元53，所述微控制单元53集成于柔性电路板10，用于响应外界近场电磁场发生器，与外界电磁场发生器通信，并控制发光单元的开关；

所述微控制单元为RF430FRL152H以及外围元件，兼容NFC ISO/IEC15693标准，可以与搭载NFC技术的智能终端通信，通过IO端口控制发光单元的开关；

所述近场天线51、整流稳压电路52和微控制单元53均集成在柔性电路板10上。

所述柔性电路板10上还设有用于对近场天线51的共振频率调谐的电容，近场天线51不同的共振频率可以实现与不同智能终端的兼容，如将近场天线51的共振频率调谐至接近13.56MHz时就能实现与智能手机NFC的兼容；

微控制单元53通过控制近场电磁场发生器的开关控制发光部件40的开关，对发光部件40开关的控制实现了对发光部件40发射光源的时间控制，进一步实现了对药物激活剂量的控制，当近场天线51与智能终端兼容时，在智能终端操作即可控制近场电磁场发生器的开关。

所述微控制单元53通过控制发光部件40的发光时间对药物的激活量进行控制。

不同的药物激活所需的时间不同，治疗时不同的病变组织所需的药物的量也不同，因此需通过微控制单元53对发光部件40的发光时间进行控至进而对药物激活量进行控制。

还包括：柔性延伸连接单元60，所述柔性延伸连接单元60通过柔性电路板10连接所述针头20和所述无线供能单元，以实现所述无线供能单元为所述针头20的发光部件40的供电。

柔性延伸连接单元60能够弯曲和拉直，实现了针头20的远距离工作。

如图2所示，所述无线供能单元和所述柔性延伸连接单元60的柔性电路板10一侧面均内嵌有药物递送管道30，所述无线供能单元包括的药物递送管道30、所述柔性延伸连接单元60的药物递送管道30以及所述针头20的药物递送管道30连通，形成药物递送通路。

药物通过药物递送通路从体外递送至病变部位，药物递送通路与无线供能单元、柔性延伸连接单元60、针头20一体化连接，更方便使用。

所述药物递送通路还配有注射器接口，所述注射器接口用于连接外部注射器，注射器通过注射器接口和药物递送通路向针尖端输入药物。

推动注射器的过程不仅能够将注射器中的药物推送至药物递送通路中还可以为药物递送通路中的药物提供向前运动的动力。

所述无线供能单元和所述柔性延伸连接单元60包含的所有部件均被柔性的硅橡胶包封；

所述透明硬质高分子材料包括光固化胶。

柔性的硅橡胶采用亲和人体、低弹性模量的Ecoflex 00-30，包封可以提高器件的防水能力和工作的稳定性；而针头20利用光固化胶包封既能保证包封后针头20的硬度又不阻挡发光部件40发射的光源的光路。

所述发光部件40的发光部凸起于柔性电路板10，以实现沿柔性电路板10所在平面的360°光照。

被发光部件40的光照辐照到的药物，才有可能被激活，激活后的药物才能起到治疗的作用，因此在将柔性药物递送器件插入之前，需预先确定病变组织的具体位置。

所述柔性药物递送器件为薄片形，厚度为0.15-3mm，且厚度不均匀，最薄处大于0.15mm，最厚处小于3mm，重量小于5g。

柔性电路板10的基材为0.1mm厚的聚酰亚胺，聚酰亚胺两面都覆有35μm厚的铜层。

本发明还提供一种如上任一项所述的柔性药物递送器件的制备方法，包括以下步骤：

设计包含发光部件40、近场天线51、整流稳压电路52以及微控制单元53的电路并仿真验证；

印制具有所述电路和柔性药物递送器件结构状的柔性电路板10；

利用锡基焊锡膏将发光部件40、近场天线51、整流稳压电路52以及微控制单元53焊接到柔性电路板10；

用Pluronic F127以23w/w％溶解在4℃去离子水中并剧烈搅拌3小时来制得牺牲层墨水，而后将墨水转移到打印针管中并恢复到室温厚通过直写式印刷将墨水以预期图案在柔性电路板10上；

采用光固化胶包封针头20的部件形成针头壁，待光固化胶固化后，采用硅橡胶包封剩余部分，具体的包封位置如图3所示；

硅橡胶固化后，于预期图案的两端切口，当牺牲层墨水冷却至10℃以下时，从切口一端施加真空将牺牲层墨水从另一切口吸出，牺牲层墨水流出形成的中空管道为药物递送管道30。

下面提供具体使用本柔性药物递送器件进行治疗的过程：

选用发光波长峰值在488nm的发光二极管，对应选用的药物为Verteporfin，使用脂质纳米结构载体(nanostructured lipid carriers，NLC)包装，此种药物工作机制为，药物在体内氧气的存在下受到一定波长的光源刺激时，会产生高活性的短寿命单线态氧和其他活性氧自由基，可以破坏局部病变组织、且对低于500nm波长的光有更好的敏感度；

将设备针头20刺入病患的病变组织部位，注射器将Verteporfin-NLC推入药物递送管道30，药物递送管道30将Verteporfin-NLC递送至病变组织部位，微控制单元收到外部启动信号，发光部件40点亮，到达病变部位的Verteporfin-NLC被活化，治疗开始，每次治疗持续60s。

Claims (9)

1.一种基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，包括：

针头，所述针头以柔性电路板为基准，所述柔性电路板一侧嵌有药物递送管道，另一侧面针尖端集成有用于激活药物的发光部件，所述柔性电路板和发光部件被透明硬质高分子材料包封形成针头壁；

无线供能单元，所述无线供能单元与所述针头通过柔性电路板连接，用于接收外部电磁波并产生电能为所述发光部件供电，所述无线供能单元被柔性的硅橡胶包封。

2.根据权利要求1所述的基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，所述无线供能单元包括：

近场天线，所述近场天线与柔性电路板连接，用于接收近场电磁场发生器发射的电磁波并进行电磁感应产生高频交流电；

整流稳压电路，所述整流稳压电路集成于柔性电路板，用于将近场天线产生的高频交流电转化为恒定的直流电；

微控制单元，所述微控制单元集成于柔性电路板，用于响应外界近场电磁场发生器，与外界电磁场发生器通信，并控制发光部件的开关；

所述近场天线、整流稳压电路和微控制单元均集成在柔性电路板上。

3.根据权利要求2所述的基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，所述微控制单元通过控制发光部件的发光时间对药物的激活量进行控制。

4.根据权利要求1所述的基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，还包括：

柔性延伸连接单元，所述柔性延伸连接单元通过柔性电路板连接所述针头和所述无线供能单元，具有宏观上蜿蜒的形状，以实现柔性连接的目的，在所述无线供能单元不移动的情况下实现针头的移动。

5.根据权利要求4所述的基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，所述无线供能单元和所述柔性延伸连接单元的柔性电路板一侧嵌有药物递送管道，所述无线供能单元包括的药物递送管道、所述柔性延伸连接单元的药物递送管道以及所述针头的药物递送管道连通，形成药物递送通路。

6.根据权利要求1或5所述的基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，所述药物递送通路还配有注射器接口，所述注射器接口用于连接外部注射器，注射器通过注射器接口和药物递送通路向针尖端输入药物。

7.根据权利要求1-4任一项所述的基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，所述无线供能单元和所述柔性延伸连接单元包含的所有部件均被柔性的硅橡胶包封；

所述透明硬质高分子材料包括光固化胶。

8.根据权利要求1所述的基于无线供能的柔性药物递送器件，其特征在于，所述柔性药物递送器件为薄片形，厚度为0.15-3mm，且厚度不均匀，最薄处大于0.15mm，最厚处小于3mm，重量小于5g。

9.一种权利要求1-8任一项所述的柔性药物递送器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计包含发光部件、近场天线、整流稳压电路以及微控制单元的电路并仿真验证；

制作具有所述电路和宏观结构的柔性电路板；

在柔性电路板上焊接发光部件、整流稳压电路芯片以及微控制单元芯片；

准备牺牲层墨水，将牺牲层墨水以预期图案印刷在柔性印制电路板上；

采用光固化胶包封针头的部件形成针头壁，待光固化胶固化后，采用硅橡胶包封剩余部分；

硅橡胶固化后，于预期图案的两端切口，并冷却待牺牲层墨水液化后，从切口一端施加真空将牺牲层墨水从另一个切口吸出，牺牲层墨水流出形成的中空管道为药物递送管道。

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