CN118319300A - 一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统及制备方法，包括电极检测微针模块、中孔微针‑微泵给药模块以及控制单元；电极检测微针模块包括电极检测微针阵列，中孔微针‑微泵给药模块包括给药微针贴片、微型蠕动泵和储液池，控制单元接收电极检测微针模块的电信号以控制微型蠕动泵的启闭，形成闭环控制回路。当检测到高血糖时，微型蠕动泵将胰岛素从储液池输送至给药微针贴片的液体流道中，通过中孔微针阵列注入皮肤中。该系统集检测、治疗于一体，可实现糖尿病患者血糖的自动监测和胰岛素的自动补给，体积小、便于携带，有助于糖尿病治疗、管理，推动糖尿病治疗闭环系统面向轻便化、自动化和智能化发展。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药领域，更具体地，涉及一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统及制备方法。
背景技术
常规的血糖检测仪需要患者每天多次进行指尖采血，并根据测得的血糖值皮下注射适量胰岛素以调节体内血糖。血糖检测仪无法实时跟踪血糖波动并及时调整血糖，侵入式的诊断和给药方式给病人带来许多疼痛、不便、皮肤并发症和潜在的感染风险，导致患者依从性差。此外，皮下注射很难达到精确剂量，若胰岛素过量会导致血糖浓度突然下降，可能导致癫痫发作、失去知觉甚至死亡。
因此，临床上急需一种新型微创透皮检测与给药方法，实现更好的糖尿病治疗、管理。
发明内容
本发明为克服上述的现有微针的胰岛素给药方式有载药量小、给药速度慢、速度剂量不可控和采用喷涂葡萄糖氧化酶的微针电极进行血糖检测有缺乏稳定性的缺陷，提供一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，包括中孔微针-微泵给药微针模块、控制单元和电极检测微针模块；所述中孔微针-微泵给药微针模块与控制单元通过铜导线连接；所述控制单元与电极检测微针模块通过铜导线连接；所述控制单元根据电极检测微针模块产生的电信号控制中孔微针-微泵给药微针模块进行注射给药操作。
该系统集检测、治疗于一体，可实现糖尿病患者血糖的自动监测和胰岛素的自动补给，体积小、便于携带，有助于糖尿病治疗、管理，推动糖尿病治疗闭环系统面向轻便化、自动化和智能化发展。
优选地，所述中孔微针-微泵给药微针模块包括给药微针贴片、储液池、微型蠕动泵、第一微泵管和第二微泵管；所述中孔微针-微泵给药微针模块体积小及良好的便携性，并且流速和给药剂量可控，可实现更大的载药量和更强的药物输送能力；
所述给药微针贴片包括若干个中孔微针阵列和第一基座；所述中孔微针阵列设置在所述第一基座的上表面，所述第一微泵管的一端设置在所述第一基座的下表面；所述第一基座设置有贯通的液体通道，所述中孔微针阵列通过所述液体通道与所述第一微泵管连通；所述第一微泵管的另一端与微型蠕动泵的出液口连接，所述微型蠕动泵的进液口通过第二微泵管与储液池连接；
微型蠕动泵的控制端与控制单元通过铜导线连接。
优选地，所述中孔微针阵列包括若干个微针针体和第一基底；所述微针针体具有足够的机械强度，能完全刺入皮肤且不会造成微针断裂，并具有破坏皮肤屏障和在体外传递分子的能力；
若干个所述微针针体均匀设置在第一基底的上表面，且在竖直方向上设置有贯通微针针体和第一基底的针孔；
每个所述针孔均与液体通道连通。
优选地，所述电极检测微针模块包括第一电极检测微针阵列、第二电极检测微针阵列、第三电极检测微针阵列和第二基座；
所述第一电极检测微针阵列、第二电极检测微针阵列和第三电极检测微针阵列均设置在第二基座的上表面；
所述第一电极检测微针阵列、第二电极检测微针阵列和第三电极检测微针阵列均通过铜导线与控制单元连接。
优选地，所述第一电极检测微针阵列包括第二基底和若干个第一检测微针；
所述第一检测微针包括微针针体、Cr粘附层和AU导电层；
所述微针针体设置在第二基底的上表面；所述Cr粘附层包覆在所述微针针体的外侧，所述AU导电层包覆在所述Cr粘附层的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第一电极检测微针阵列的第二基底的上表面粘接，另一端与控制单元连接。
优选地，所述第二电极检测微针阵列包括第二基底和若干个第二检测微针；
所述第二检测微针包括微针针体、Cr粘附层和Ag导电层；
所述微针针体设置在第二基底的上表面；所述Cr粘附层包覆在所述微针针体的外侧，所述Ag导电层包覆在所述Cr粘附层的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第二电极检测微针阵列的第二基底的上表面粘接，另一端与控制单元连接。
优选地，所述第三电极检测微针阵列包括第二基底和若干个第三检测微针；
所述第三检测微针均包括微针针体、Cr粘附层、AU导电层、非酶铂黑传感层和聚合物保护层；
所述微针针体设置在第二基底的上表面；所述Cr粘附层包覆在所述微针针体的外侧，所述AU导电层包覆在所述Cr粘附层的外侧，所述非酶铂黑传感层包覆在所述AU导电层的外侧，所述聚合物保护层包覆在所述非酶铂黑传感层的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第三电极检测微针阵列的第二基底的上表面粘接，另一端与控制单元连接。
本发明还提出一种制备方法，用于制备上述的中孔微针阵列，所述方法包括：
通过反应性离子蚀刻，从硅衬底上表面蚀刻第一流道和插槽，从硅衬底下表面蚀刻第二流道；所述第一流道、插槽蚀刻的深度为微针针体的长度；且所述第一流道和第二流道相连通，第二流道不与插槽相连通；
用耐氢氧化钾的保形层涂抹覆盖第一流道、插槽和第二流道的表面后，采用低压化学气相沉积获得氮化硅层；所述氮化硅层用于防止蚀刻；
通过反应性离子蚀刻去除硅衬底上表面的保护层后，进行各向异性湿蚀刻，并采用慢速蚀刻法获得平面尖端结构；
将硅衬底放于氟化氢溶液中用于剥离氮化硅层，获得制备好的中孔微针阵列。
本发明还提出一种制备方法，用于制备上述的电极检测微针阵列，所述方法包括：
获取三个硅衬底，在三个硅衬底上表面均蚀刻出若干个微针针体；
通过磁控溅射技术在所有微针针体上镀Cr作金属粘附层后，将其中两个硅衬底上的所有微针针体上再镀Au导电层，分别作为工作电极和对电极；将另一个硅衬底的所有微针针体上再镀Ag导电层，作为参比电极；
在工作电极的所有微针针体上再喷涂非酶铂黑葡萄糖传感材料作非酶铂黑传感层，所述非酶铂黑葡萄糖传感材料具有高度的生物相容性和葡萄糖催化活性，具有稳定性好、灵敏度高、制造简单、不受氧限制等优点；并加入不同浓度的聚合物溶液，在工作电极与所述溶液充分接触后，获得具有不同厚度的聚合物保护层的工作电极。使得每根微针电极的暴露时间依次相差数小时，从而实现长期的血糖监测。
优选地，获得参比电极的具体方法为：
对镀Ag导电层后的检测微针阵列作氯化处理，镀Ag导电层的检测微针阵列作为阳极，Pt片作为阴极，在装有预设浓度和体积盐酸的电解池中施加固定电流，电解达到预设时间制得参比电极。
优选地，所述用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统还包括智能终端，用于接收来自控制单元(2)的电信号，并根据接收的电信号将血糖情况显示在智能终端。
优选地，获得给药微针贴片的具体方法为：
配置PDMS溶液，将PDMS溶液滴在第一基底四周与底部，并将其粘附于第一基座上表面的凹槽处，在80度下加热半小时PDMS溶液固化后，获得给药微针贴片。
优选地，检测电极检测微针阵列性能的具体方法为：
设置电化学工作站参数，将电极检测微针阵列放入装有预设浓度硫酸溶液的电解池中，连接电化学工作站进行电化学性能测试；若出现两对氧化还原峰，则得到性能良好的三电极微针检测微针贴片；若未出现上述现象，则需要重新制备电极检测微针阵列贴片。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出了一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，包括电极检测微针模块、中孔微针-微泵给药模块以及控制单元；该系统集检测、治疗于一体，可实现糖尿病患者血糖的自动监测和胰岛素的自动补给，体积小、便于携带，有助于糖尿病治疗、管理，推动糖尿病治疗闭环系统面向轻便化、自动化和智能化发展。
附图说明
图1为实施例1中所述用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统的结构示意图；
图2为实施例1中所述用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统的结构示意图；
图3为实施例2中所述给药微针贴片的剖视图；
图4为实施例2中在竖直方向上设置有针孔的微针针体的结构示意图；
图5为实施例2中所述第一电极检测微针阵列的结构示意图；
图6为实施例2中所述第二电极检测微针阵列的结构示意图；
图7为实施例2中所述第三电极检测微针阵列的结构示意图；
图8为实施例3中所述猪皮刺入实验的示意图；
图9为实施例3中所述微针破坏力测试的示意图；
图10为实施例3中使用Franz扩散池进行的猪腹部皮肤体外药物释放实验的示意图；
图11为实施例3中制备中孔微针阵列的示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供了一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，如图1所示，包括中孔微针-微泵给药微针模块1、控制单元2和电极检测微针模块3；所述中孔微针-微泵给药微针模块1与控制单元2通过铜导线连接；所述控制单元2与电极检测微针模块3通过铜导线连接；所述控制单元2根据电极检测微针模块3产生的电信号控制中孔微针-微泵给药微针模块1进行注射给药操作。
所述用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统的工作流程为：
患者通过医用绷带将用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统穿戴在肩上并刺入皮肤中，电极检测微针模块首先开始工作，其工作电极上的聚合物保护层逐渐溶解，直至铂黑传感层暴露。然后，皮肤间质液中的葡萄糖分子开始吸附在铂黑传感层上，发生葡萄糖的脱氢氧化反应，产生电信号。电流从工作电极的铂黑传感层流入导电金层，再经导电银胶和导线传入控制单元中。控制单元接收三电极检测系统的电信号以控制中孔微针-微泵给药模块的启闭；当控制单元检测到电信号幅值高于一定值时，可判断患者状态为高血糖，则控制单元发出指令驱动微泵工作，微型蠕动泵从储液池中吸取胰岛素，输送至给药微针贴片的液体通道，再通过中孔微针阵列注入皮肤中。当控制单元检测到电信号幅值低于一定值时，可判断患者血糖状态正常，则控制单元发出指令使微型蠕动泵停止工作。此外，控制单元还会将血糖值传输至智能终端，实时监测血糖波动并及时调整；实现糖尿病诊疗一体化。
该系统集检测、治疗于一体，可实现糖尿病患者血糖的自动监测和胰岛素的自动补给，体积小、便于携带，有助于糖尿病治疗、管理，推动糖尿病治疗闭环系统面向轻便化、自动化和智能化发展。
实施例2
本实施例提供了一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，包括中孔微针-微泵给药微针模块1、控制单元2和电极检测微针模块3；所述中孔微针-微泵给药微针模块1与控制单元2通过铜导线连接；所述控制单元2与电极检测微针模块3通过铜导线连接；所述控制单元2根据电极检测微针模块3产生的电信号控制中孔微针-微泵给药微针模块1进行注射给药操作。
该系统集检测、治疗于一体，可实现糖尿病患者血糖的自动监测和胰岛素的自动补给，体积小、便于携带，有助于糖尿病治疗、管理，推动糖尿病治疗闭环系统面向轻便化、自动化和智能化发展。
所述中孔微针-微泵给药微针模块包括给药微针贴片4、储液池5、微型蠕动泵6、第一微泵管7和第二微泵管8；
如图2所示，所述给药微针贴片4包括若干个中孔微针阵列9和第一基座10；所述中孔微针阵列9设置在所述第一基座10的上表面，所述第一微泵管7的一端设置在所述第一基座10的下表面；如图3所示，所述第一基座10设置有贯通的液体通道11，所述中孔微针阵列9通过所述液体通道11与所述第一微泵管7连通；所述第一微泵管7的另一端与微型蠕动泵6的出液口连接，所述微型蠕动泵6的进液口通过第二微泵管8与储液池5连接；
微型蠕动泵6的控制端与控制单元2通过铜导线连接。
所述中孔微针阵列9包括若干个微针针体12和第一基底13；所述微针针体12具有足够的机械强度，能完全刺入皮肤且不会造成微针断裂，并具有破坏皮肤屏障和在体外传递分子的能力；
若干个所述微针针体12均匀设置在第一基底13的上表面，如图4所示，且在竖直方向上设置有贯通微针针体12和第一基底13的针孔14；
每个所述针孔14均与液体通道11连通。
所述电极检测微针模块3包括第一电极检测微针阵列15、第二电极检测微针阵列16、第三电极检测微针阵列17和第二基座18；
所述第一电极检测微针阵列15、第二电极检测微针阵列16和第三电极检测微针阵列17均设置在第二基座18的上表面；
所述第一电极检测微针阵列15、第二电极检测微针阵列16和第三电极检测微针阵列17均通过铜导线与控制单元2连接。
每个所述电极检测微针阵列15均包括若干个检测微针16和第二基底17；
如图5所示，所述第一电极检测微针阵列15包括第二基底19和若干个第一检测微针20；
所述第一检测微针20包括微针针体12、Cr粘附层21和AU导电层22；
所述微针针体12设置在第二基底19的上表面；所述Cr粘附层21包覆在所述微针针体12的外侧，所述AU导电层22包覆在所述Cr粘附层21的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第一电极检测微针阵列15的第二基底19的上表面粘接，另一端与控制单元2连接。
如图6所示，所述第二电极检测微针阵列16包括第二基底19和若干个第二检测微针23；
所述第二检测微针23包括微针针体12、Cr粘附层21和Ag导电层24；
所述微针针体12设置在第二基底19的上表面；所述Cr粘附层20包覆在所述微针针体12的外侧，所述Ag导电层23包覆在所述Cr粘附层20的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第二电极检测微针阵列16的第二基底19的上表面粘接，另一端与控制单元2连接。
如图7所示，所述第三电极检测微针阵列17包括第二基底19和若干个第三检测微针25；
所述第三检测微针14均包括微针针体12、Cr粘附层21、AU导电层22、非酶铂黑传感层26和聚合物保护层27；
所述微针针体12设置在第二基底19的上表面；所述Cr粘附层21包覆在所述微针针体12的外侧，所述AU导电层22包覆在所述Cr粘附层21的外侧，所述非酶铂黑传感层26包覆在所述AU导电层22的外侧，所述聚合物保护层27包覆在所述非酶铂黑传感层26的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第三电极检测微针阵列17的第二基底19的上表面粘接，另一端与控制单元2连接。
所述用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统还包括智能终端，用于接收来自控制单元(2)的电信号，并根据接收的电信号将血糖情况显示在智能终端。
获得给药微针贴片的具体方法为：
配置PDMS溶液，将PDMS溶液滴在第一基底13的四周与底部，并将其粘附于第一基座13上表面的凹槽处，在80度下加热半小时PDMS溶液固化后，获得给药微针贴片4。
实施例3
本实施例提供了一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，包括中孔微针-微泵给药微针模块1、控制单元2和电极检测微针模块3；所述中孔微针-微泵给药微针模块1与控制单元2通过铜导线连接；所述控制单元2与电极检测微针模块3通过铜导线连接；所述控制单元2根据电极检测微针模块3产生的电信号控制中孔微针-微泵给药微针模块1进行注射给药操作。
该系统集检测、治疗于一体，可实现糖尿病患者血糖的自动监测和胰岛素的自动补给，体积小、便于携带，有助于糖尿病治疗、管理，推动糖尿病治疗闭环系统面向轻便化、自动化和智能化发展。
所述中孔微针-微泵给药微针模块包括给药微针贴片4、储液池5、微型蠕动泵6、第一微泵管7和第二微泵管8；
为了将中孔微针阵列与微型蠕动泵系统结合在一起，设计了一种基于PDMS的柔性贴片结构，贴片内部留有液体微流道，底部有一个管状开口以便与储液池相连接并向微针提供药物。通过UV胶将中孔硅微针粘附于设计好的凹槽内，紫外灯照射5分钟保证胶水固化。
搭建中孔微针-微泵给药微针模块的电路框架，选择微型蠕动泵RP-TX作为给药系统的动力源，根据微步及微型步进电机转速设置的不同，可实现0.48-40μL/min的流量控制，相比于传统医药领域与注射器相结合的注射泵，它的优势在于小体积及便携性，十分适合搭建用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统的中孔微针-微泵给药微针模块。ArduinoUNO作为控制器，EasyDriver作为微泵驱动器。由给药微针贴片、微型蠕动泵和储液池组成的给药模块流速、剂量可控，可实现更大的载药量、更强的药物输送能力。
所述给药微针贴片4包括若干个中孔微针阵列9和第一基座10；所述中孔微针阵列9设置在所述第一基座10的上表面，所述第一微泵管7的一端设置在所述第一基座10的下表面；所述第一基座10设置有贯通的液体通道11，所述中孔微针阵列9通过所述液体通道11与所述第一微泵管7连通；所述第一微泵管7的另一端与微型蠕动泵6的出液口连接，所述微型蠕动泵6的进液口通过第二微泵管8与储液池5连接；
微型蠕动泵6的控制端与控制单元2通过铜导线连接。
所述中孔微针阵列9包括若干个微针针体12和第一基底13；所述微针针体12具有足够的机械强度，能完全刺入皮肤且不会造成微针断裂，并具有破坏皮肤屏障和在体外传递分子的能力；
斜面开孔的中孔微针阵列，微针阵列1x3，微针针体整体具有三角形的几何结构，高度530μm，宽度150μm，基底厚度150μm。针孔设计于微针斜面上，使得靠近针尖处拥有一个直径70μm的液体通道，可避免微针针体由于真皮组织造成的孔堵塞影响，该孔道贯穿微针和基底，可通过液体微流道、微泵管道来与储液池连接，使输送的液体能够从储液池顺利流出中孔微针。两个45°的针壁汇聚形成锋利的针尖，使微针具备较高的锋利度。
如图8所示，经过猪皮刺入实验，微针刺入后产生明显孔洞，单片1x3刺入力仅为0.205N，表明该微针足够锋利，确保无痛应用。如图9所示，为微针破坏力测试，轴向断裂力为1.2N，表明该微针具有足够的机械强度，能完全刺入皮肤且不会造成微针断裂。如图10所示，为使用Franz扩散池进行的猪腹部皮肤体外药物释放实验，荧光素钠溶液在20分钟时便可达到65％的渗透，整体维持在75％左右，表明该中孔硅微针具有破坏皮肤屏障和在体外传递分子的能力。
若干个所述微针针体12均匀设置在第一基底13的上表面，且在竖直方向上设置有贯通微针针体12和第一基底13的针孔14；
每个所述针孔14均与液体通道11连通。
所述电极检测微针模块3包括第一电极检测微针阵列15、第二电极检测微针阵列16、第三电极检测微针阵列17和第二基座18；
所述第一电极检测微针阵列15、第二电极检测微针阵列16和第三电极检测微针阵列17均设置在第二基座18的上表面；
所述第一电极检测微针阵列15、第二电极检测微针阵列16和第三电极检测微针阵列17均通过铜导线与控制单元2连接。
每个所述电极检测微针阵列15均包括若干个检测微针16和第二基底17；
如图6所示，所述第一电极检测微针阵列15包括第二基底19和若干个第一检测微针20；
所述第一检测微针20包括微针针体12、Cr粘附层21和AU导电层22；
所述微针针体12设置在第二基底19的上表面；所述Cr粘附层21包覆在所述微针针体12的外侧，所述AU导电层22包覆在所述Cr粘附层21的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第一电极检测微针阵列15的第二基底19的上表面粘接，另一端与控制单元2连接。
所述第二电极检测微针阵列16包括第二基底19和若干个第二检测微针23；
所述第二检测微针23包括微针针体12、Cr粘附层21和Ag导电层24；
所述微针针体12设置在第二基底19的上表面；所述Cr粘附层20包覆在所述微针针体12的外侧，所述Ag导电层23包覆在所述Cr粘附层20的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第二电极检测微针阵列16的第二基底19的上表面粘接，另一端与控制单元2连接。
所述第三电极检测微针阵列17包括第二基底19和若干个第三检测微针25；
所述第三检测微针14均包括微针针体12、Cr粘附层21、AU导电层22、非酶铂黑传感层26和聚合物保护层27；
所述微针针体12设置在第二基底19的上表面；所述Cr粘附层21包覆在所述微针针体12的外侧，所述AU导电层22包覆在所述Cr粘附层21的外侧，所述非酶铂黑传感层26包覆在所述AU导电层22的外侧，所述聚合物保护层27包覆在所述非酶铂黑传感层26的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第三电极检测微针阵列17的第二基底19的上表面粘接，另一端与控制单元2连接。
所述用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统还包括智能终端，用于接收来自控制单元(2)的电信号，并根据接收的电信号将血糖情况显示在智能终端。
获得给药微针贴片的具体方法为：
配置PDMS溶液，将PDMS溶液滴在第一基底13的四周与底部，并将其粘附于第一基座13上表面的凹槽处，在80度下加热半小时PDMS溶液固化后，获得给药微针贴片4。
本实施例还提供了一种制备方法，用于制备上述的中孔微针阵列，如图11所示，所述方法包括：
通过反应性离子蚀刻，从硅衬底上表面蚀刻第一流道a和插槽b，从硅衬底下表面蚀刻第二流道c；所述第一流道a、插槽b蚀刻的深度为微针针体12的长度；且所述第一流道a和第二流道c相连通，第二流道c不与插槽b相连通；
用耐氢氧化钾的保形层涂抹覆盖第一流道a、插槽b和第二流道c的表面后，采用低压化学气相沉积获得氮化硅层；所述氮化硅层用于防止蚀刻；
通过反应性离子蚀刻去除硅衬底上表面的保护层后，进行各向异性湿蚀刻，并采用慢速蚀刻法获得平面尖端结构；
将硅衬底放于氟化氢溶液中用于剥离氮化硅层，获得制备好的中孔微针阵列9。
本实施例还提供了一种制备方法，用于制备上述的电极检测微针阵列，所述方法包括：
通过磁控溅射技术在其中的两个电极检测微针阵列上先镀15nm Cr作金属粘附层，然后镀150nm Au层分别作工作电极(WE)和对电极(CE)；
通过磁控溅射技术在另外一个电极检测微针阵列上先镀15nm Cr作金属粘附层，然后镀150nm Ag层，对镀Ag微针作氯化处理，Ag微针作为阳极，Pt片作为阴极，在装有20mL、0.1mol/L盐酸的电解池中施加10mA固定电流，电解1min制得AgCl参比电极(RE)；
在工作电极上喷涂非酶铂黑葡萄糖传感材料，铂黑具有高度的生物相容性和葡萄糖催化活性，具有稳定性好、灵敏度高、制造简单、不受氧限制等优点；
在模具中加入不同浓度的聚合物溶液，Au工作电极的贴片与溶液充分接触后，每根微针表面具备不同厚度的聚合物保护层；使得每根微针电极的暴露时间依次相差数小时，从而在微针贴片上实现长期的血糖监测。
将三个电极检测微针阵列贴于单面具有粘性的医用绷带上，用银胶将导线粘连到微针上，放入干燥箱中100摄氏度加热1min固化，并用绷带固定住，得到三电极检测微针贴片，即电极检测微针模块，该贴片贴合皮肤表面，可弯曲、伸展且穿戴方便。
检测电极检测微针阵列性能的具体方法为：
将三电极微针贴片放入装有0.5mol/L硫酸溶液的电解池中，连接电化学工作站进行电化学性能测试。设置电化学工作站参数：最初电位-0.2V，最终电位-0.2V，顶点电位-0.2V与1.5V，扫描速率0.1V/s，采用循环伏安法测试三电极微针检测模块的导电性能，可见两对氧化还原峰，该过程发生单电子转移的金氧化过程，证明采用该三电极微针检测模块测得的葡萄糖电信号可以通过银胶、杜邦线传输到控制单元中。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅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)
1.一种用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，包括中孔微针-微泵给药微针模块(1)、控制单元(2)和电极检测微针模块(3)；所述中孔微针-微泵给药微针模块(1)与控制单元(2)通过铜导线连接；所述控制单元(2)与电极检测微针模块(3)通过铜导线连接；所述控制单元(2)根据电极检测微针模块(3)产生的电信号控制中孔微针-微泵给药微针模块(1)进行注射给药操作。
2.根据权利要求1中所述的用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，所述中孔微针-微泵给药微针模块包括给药微针贴片(4)、储液池(5)、微型蠕动泵(6)、第一微泵管(7)和第二微泵管(8)；
所述给药微针贴片(4)包括若干个中孔微针阵列(9)和第一基座(10)；所述中孔微针阵列(9)设置在所述第一基座(10)的上表面，所述第一微泵管(7)的一端设置在所述第一基座(10)的下表面；所述第一基座(10)设置有贯通的液体通道(11)，所述中孔微针阵列(9)通过所述液体通道(11)与所述第一微泵管(7)连通；所述第一微泵管(7)的另一端与微型蠕动泵(6)的出液口连接，所述微型蠕动泵(6)的进液口通过第二微泵管(8)与储液池(5)连接；
微型蠕动泵(6)的控制端与控制单元(2)通过铜导线连接。
3.根据权利要求2中所述的用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，所述中孔微针阵列(9)包括若干个微针针体(12)和第一基底(13)；
若干个所述微针针体(12)均匀设置在第一基底(13)的上表面，且在竖直方向上设置有贯通微针针体(12)和第一基底(13)的针孔(14)；
每个所述针孔(14)均与液体通道(11)连通。
4.根据权利要求1中所述的用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，所述电极检测微针模块(3)包括第一电极检测微针阵列(15)、第二电极检测微针阵列(16)、第三电极检测微针阵列(17)和第二基座(18)；
所述第一电极检测微针阵列(15)、第二电极检测微针阵列(16)和第三电极检测微针阵列(17)均设置在第二基座(18)的上表面；
所述第一电极检测微针阵列(15)、第二电极检测微针阵列(16)和第三电极检测微针阵列(17)均通过铜导线与控制单元(2)连接。
5.根据权利要求4中所述的用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，所述第一电极检测微针阵列(15)包括第二基底(19)和若干个第一检测微针(20)；
所述第一检测微针(20)包括微针针体(12)、Cr粘附层(21)和AU导电层(22)；
所述微针针体(12)设置在第二基底(19)的上表面；所述Cr粘附层(21)包覆在所述微针针体(12)的外侧，所述AU导电层(22)包覆在所述Cr粘附层(21)的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第一电极检测微针阵列(15)的第二基底(19)的上表面粘接，另一端与控制单元(2)连接。
6.根据权利要求4中所述的用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，所述第二电极检测微针阵列(16)包括第二基底(19)和若干个第二检测微针(23)；
所述第二检测微针(23)包括微针针体(12)、Cr粘附层(21)和Ag导电层(24)；
所述微针针体(12)设置在第二基底(19)的上表面；所述Cr粘附层(20)包覆在所述微针针体(12)的外侧，所述Ag导电层(23)包覆在所述Cr粘附层(20)的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第二电极检测微针阵列(16)的第二基底(19)的上表面粘接，另一端与控制单元(2)连接。
7.根据权利要求4中所述的用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，所述第三电极检测微针阵列(17)包括第二基底(19)和若干个第三检测微针(25)；
所述第三检测微针(14)均包括微针针体(12)、Cr粘附层(21)、AU导电层(22)、非酶铂黑传感层(26)和聚合物保护层(27)；
所述微针针体(12)设置在第二基底(19)的上表面；所述Cr粘附层(21)包覆在所述微针针体(12)的外侧，所述AU导电层(22)包覆在所述Cr粘附层(21)的外侧，所述非酶铂黑传感层(26)包覆在所述AU导电层(22)的外侧，所述聚合物保护层(27)包覆在所述非酶铂黑传感层(26)的外侧；
所述铜导线的一端通过导电银胶与所述第三电极检测微针阵列(17)的第二基底(19)的上表面粘接，另一端与控制单元(2)连接。
8.根据权利要求1所述的用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统，其特征在于，所述用于糖尿病的诊疗一体化智能微针系统还包括智能终端，用于接收来自控制单元(2)的电信号，并根据接收的电信号将血糖情况显示在智能终端。
9.一种制备方法，用于制备权利要求3中所述的中孔微针阵列，其特征在于，所述方法包括：
通过反应性离子蚀刻，从硅衬底上表面蚀刻第一流道和插槽，从硅衬底下表面蚀刻第二流道；所述第一流道、插槽蚀刻的深度为微针针体(12)的长度；且所述第一流道和第二流道相连通，第二流道不与插槽相连通；
用耐氢氧化钾的保形层涂抹覆盖第一流道、插槽和第二流道的表面后，采用低压化学气相沉积获得氮化硅层；所述氮化硅层用于防止蚀刻；
通过反应性离子蚀刻去除硅衬底上表面的保护层后，进行各向异性湿蚀刻，并采用慢速蚀刻法获得平面尖端结构；
将硅衬底放于氟化氢溶液中用于剥离氮化硅层，获得制备好的中孔微针阵列(9)。
10.一种制备方法，用于制备4-6任一项所述的电极检测微针阵列，其特征在于，所述方法包括：
获取三个硅衬底，在三个硅衬底上表面均蚀刻出若干个微针针体(12)；
通过磁控溅射技术在所有微针针体(12)上镀Cr作金属粘附层(21)后，将其中两个硅衬底上的所有微针针体(12)上再镀Au导电层(22)，分别作为工作电极和对电极；将另一个硅衬底的所有微针针体上再镀Ag导电层(24)，作为参比电极；
在工作电极的所有微针针体(12)上再喷涂非酶铂黑葡萄糖传感材料作非酶铂黑传感层(26)，并加入不同浓度的聚合物溶液，在工作电极与所述溶液充分接触后，获得具有不同厚度的聚合物保护层(27)的工作电极。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN118319300A true CN118319300A (zh) | 2024-07-12 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication |