CN1287872C - 一种气囊控制的微量药物输送执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械领域，是一种新型硅尖微针阵列微执行器的结构和制作方法。一种气囊控制的微量药物输送执行器，由在硅基片一面上利用微电子机械加工工艺刻蚀出硅针阵列和微通道阵列，在硅片的另一面制作反应室，利用PDMS作样品或药物的反应室底部，PDMS隔膜与另一刻蚀有气囊室的硅片组成气囊，气囊内装载含结晶水的氯化锂，气囊外沉积铂金加热电极，使得气囊膨胀压迫反应室，使反应室体积发生变化，实现微量输送药物的目的。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，是一种新型硅尖微针阵列微执行器的结构和制作方法，具体地说涉及一种利用气囊控制的微量输送药物施加器的结构和制作方法。
背景技术
许多药品投药时，口服的效果比不上打针。原因是在口服的过程中，有些内含蛋白质的药品若遇到消化系统的消化及肝脏的新陈代谢作用，药效当到达患病部位时会使得其效果大减。过大的剂量对人的消化系统会产生一定的副作用。一般采用打针注射药物，由于现在采用的针头其针尖外径比较大，在针头进入人体时是比较痛的，不论大人小孩对于打针都比较怵，尤其小孩，由于疼痛孩子乱动还会造成意外的伤害。对于患糖尿病、老年痴呆症的慢性患者而言，他们需要持续不断的服药，因此需要有药物储存单元以持续供药。目前生物研究领域中需要进行大量的生物芯片的试验，其药物用量要求比以往更加精确，而手动微注射过程中，操作者手动操纵活塞向细胞内推进药物，用肉眼观察细胞是否膨胀来判定药物是否注入及用量多少，给使用者带来许多麻烦，为了解决这一类问题，而发明了这种气囊微针阵列执行器。目前最小的针直径也有305μm，达到了传统的工艺技术制作的极限，利用基于微电子机械系统(MEMS)技术可以制造微尺度的微针。微针注射针头只穿透角质层，但不穿透真皮层，也就是针头不碰到真皮层，药效能够直接穿越角质层，发挥药的效力，而且又不会让打针的患者感到疼痛而最小地进入人体，可以做的很细，很短，不触及神经以至于使人感觉不到疼痛。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气囊控制的微量药物输送执行器的结构和制作方法。本发明提供的器件具有非常小的尺度，微针的长为百微米量级，外径为几十微米，内腔体积为纳升到微升级。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种气囊控制的微量药物输送执行器，由硅基片，隔膜，硅片，加热电极芯片，电阻层和气囊室组成，其气囊室内装有液体，在硅片沉积的电阻层加热下，使得气囊室内的液体汽化，体积膨胀使储存室体积变小，压迫其中的药物由微针喷出，射入人体，实现微量输送药物的目的。
所述的微量药物输送执行器，其硅基片下表面有若干个微针组成的阵列，微针针尖向下，针头上有小帽；微针内孔后部连接微通道，若干个微通道与储存室相通，均匀排列于储存室的底部；储存室为上方敞口的容积室，内有药物；硅基片上、下表面有一绝缘层；硅基片上表面被隔膜密封，隔膜中心位置有一上方敞口的气囊室，气囊室亦处于储存室上方中心；隔膜上表面再与另一个硅片粘结牢固；另一硅片上表面有加热电极芯片，下表面中心位置有电阻层，加热电极芯片与电阻层电连接；气囊室的上方敞口为电阻层覆盖，气囊室内有液体。
所述的微量药物输送执行器，其所述的气囊为硅片和PDMS(聚二甲基硅氧烷)组成，即把腐蚀了一个气囊室的硅片和PDMS薄膜粘结而成，室内装载含结晶水的氯化锂。
所述的微量药物输送执行器，其所述封装隔膜为PDMS薄膜。
所述的微量药物输送执行器，其所述电阻层为铂金电阻层。
本发明气囊驱动微针阵列微量输送药品，微针阵列可以作为一种药物缓释器件应用在生物医学领域。
附图说明
图1为本发明气囊控制的微量药物输送执行器的结构截面示意图；
图2为本发明气囊控制的微量药物输送执行器结构的分体示意图。
具体实施方式
如图1，本发明采样微电子机械系统(MEMS)技术在硅基片1上制作微针3，微通道2和储存室8；微针3在硅基片1一侧，通过与硅基片1厚度相当的微通道2与另一侧的储存室8相连；储存室8内有用以检测的生物样品或药物，用PDMS作样品或药物的隔膜5，隔膜5外有一个装载含结晶水氯化锂的气囊室6，气囊室6主要由PDMS浇铸在SU-8的模具形成，气囊室6的上盖是另一个沉积铂金加热电极7的硅片10，使得气囊室6膨胀压迫反应室使体积发生变化，实现微量输送药物的目的。
如图1、图2所示，本发明的气囊控制的微量药物输送执行器由硅基片1，PDMS隔膜5，硅片10，加热电极芯片7，铂金电阻层9和气囊室6等组成，其中，硅基片1下表面有若干个微针3组成的阵列，微针3针尖向下，针头上有氮化硅或氧化硅小帽；微针3内孔后部连接微通道2，复数个微通道2与储存室8相通，均匀排列于储存室8的底部；储存室8为上方敞口的容室，内有用以检测的生物样品或药物；硅基片1上、下表面有一层氮化硅绝缘层4；硅基片1上表面被PDMS隔膜5密封，隔膜5中心位置有一上方敞口的气囊室6，气囊室6亦处于储存室8上方中心。PDMS隔膜5密封后，其上再与另一个硅片10固接。硅片10上表面有加热电极芯片7，下表面中心位置有铂金电阻层9，加热电极芯片7与铂金电阻层9电连接。气囊室6的上方敞口为铂金电阻层9覆盖，其内有含结晶水的氯化锂液体。
本发明的制作方法如下：
在一个8×10mm2的硅基片1的上下表面，首先沉积一层1000氧化硅；第二步利用LPCVD沉积1000厚的氮化硅绝缘层4；第三步在硅基片1的下表面，光刻、刻蚀和各向同性腐蚀微针3阵列，微针3长40μm，在微针3针头上形成一个氮化硅或氧化硅小帽子，以密封针头；第四步再沉积1000氮化硅；第五步在硅基片1的上表面进行光刻、刻蚀氮化硅、氧化硅和各向异性腐蚀微通道2、储存室8；第六步氧化3000；第七步沉积氮化硅绝缘层4厚1000；第八步光刻、刻蚀微针阵列；第九步深扩散硼20μm；第十步继续腐蚀微针阵列和微针通道，至成型。
在另一个硅片10上用射频溅射的方法制备铂金薄膜层9，并光刻出加热电极芯片7图形即可。
制作隔膜5和气囊室6，首先把20μm厚的SU-8胶甩胶、曝光，制作出储存室隔膜5和气囊室6的模具，然后用PDSM浇铸成型。
气囊室6亦可为硅片和PDMS组成，即把腐蚀了一个气囊室的硅片和PDMS薄膜粘结而成。
在储存室8中放入用以检测的生物样品或药物，再用PDMS隔膜5封装储存室8，固接于微针芯片上；在气囊室6中放入含结晶水的氯化锂液体，将PDMS隔膜5的气囊室6和硅片10下方的铂金电阻层9对准固接，把加热电极芯片7导线引出，微量输送药物执行器即制作完成。
使用时，去处小帽，将微量输送药物执行器置于人体，微针3刺透角质层，启动电源，其加热电极芯片7使铂金电阻层9发热，对气囊室6加热，气囊室6内的含结晶水的氯化锂液体开始气化膨胀，使储存室8体积变小，压迫其中的用以检测的生物样品或药物由微针3喷射入人体，实现微量输送药物的目的。
Claims (5)
1、一种气囊控制的微量药物输送执行器，由硅基片，隔膜，硅片，加热电极芯片，电阻层和气囊室组成，其特征在于，气囊室内装有液体，在硅片沉积的电阻层加热下，使得气囊室内的液体汽化，体积膨胀使储存室体积变小，压迫其中的药物由微针喷出，射入人体，实现微量输送药物的目的。
2、如权利要求1所述的微量药物输送执行器，其特征在于，硅基片下表面有若干个微针组成的微针阵列，微针针尖向下，针头上有小帽；微针内孔后部连接微通道，微通道与储存室相通，均匀排列于储存室的底部；储存室为上方敞口的容积室，内有药物；硅基片上、下表面有一绝缘层；硅基片上表面被隔膜密封，隔膜中心位置有一上方敞口的气囊室，气囊室亦处于储存室上方中心；隔膜上表面再与另一个硅片固接；另一硅片上表面有加热电极芯片，下表面中心位置有电阻层，加热电极芯片与电阻层电连接；气囊室的上方敞口为电阻层覆盖，气囊室内有液体。
3.如权利要求1所述的微量药物输送执行器，其特征在于，所述的气囊为硅片和PDMS组成，即把腐蚀了一个气囊室的硅片和PDMS薄膜粘结而成，室内装载含结晶水的氯化锂。
4.如权利要求1所述的微量药物输送执行器，其特征在于，所述封装隔膜为PDMS薄膜。
5.如权利要求1或2所述的微量药物输送执行器，其特征在于，所述电阻层为铂金电阻层。
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