CN205948179U - 一种可定量释放容纳物的电子胶囊 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可定量释放容纳物的电子胶囊，包括一端开口的胶囊外壳，开口处封装有单向阀，胶囊外壳内设有与单向阀相连的容纳仓；所述容纳仓被其内设置的活塞和控制板分隔为储液仓、电解仓和控制仓，其分别用来容纳含待释放物的菌液/药液、电解液和控制模块，其中储液仓靠近单向阀；通过控制电解启动的时间，可以定量控制微生物的释放量。本实用新型可使肠道微生物移植更加便捷、减少患者痛苦、且实现了微生物移植量的精确控制，在肠道微生物移植的临床应用以及肠道微生物研究领域具有广泛的应用前景。

Description

一种可定量释放容纳物的电子胶囊

技术领域

本实用新型属于可吞咽的释药电子胶囊技术领域，涉及种可定量释放容纳物的电子胶囊。

背景技术

人的肠道中有数百种、数量近百万亿的微生物生存，构成庞大而复杂的生态系统。人体中多种肠道微生物与人类存在互利共生的关系，对维持人体肠道的生理功能、神经系统功能、免疫调节功能等有重要作用。而通过移植健康个体的肠道微生物群、移植特定种类的微生物，不仅在治疗伪膜性肠炎、艰难梭菌感染等疾病具有很好的效果，而且在缓解肥胖症状、治疗肠道炎症等领域均有较大的应用潜力。

目前肠道微生物移植的方法主要有两种。一种是将微生物制成制剂或胶囊，如双歧杆菌活菌胶囊等，通过口服进入肠道。该方法虽然简单易行，但双歧杆菌需暴露于胃、小肠等消化道才可到达大肠，不仅有大量细菌在移植中死亡，而且很难控制移植细菌的用量。另一种是粪便菌群移植，一种通过重建肠道菌群来治疗疾病的方法。该方法从健康人的粪便样本导出共生的细菌，经鼻胃管或鼻十二指肠管、胃镜、直肠导管灌肠等方式移植到患者胃肠道内，重建具有正常功能的肠道菌群。然而粪便移植操作复杂，且鼻管、胃镜会使患者产生不适感，影响正常的工作生活。

人体肠道对微生物移植量非常敏感，移植量过低影响疗效、过高可能发生内源性感染。若能实现一种可培养微生物、并能在消化道中受控定量释放微生物的电子胶囊，吞咽后可在消化道中受控定量释放肠道微生物，将为肠道微生物移植的研究与临床应用提供强有力的工具。目前，应用于微生物释放的消化道电子胶囊尚未见于文献与专利。而目前的应用于药物释放的电子胶囊技术，如中国专利CN200610095210.9中公开了一种消化道遥控释药系统，由于使用弹簧作为驱动元件，通过一次性的推动活塞将药物释放，存在无法控制药物释放量的问题，故现有技术难以应用于需要精确控制用量的肠道微生物移植应用与研究中。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种可定量释放容纳物的电子胶囊，能够满足微生物或药物的定量释放，在容纳菌液时还能够使菌液中的微生物得到培养或生长，使电子胶囊吞咽之前可培养大量肠道微生物，吞咽后可在消化道中受控定量释放肠道微生物或药物，具有广阔的应用前景。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种可定量释放容纳物的电子胶囊，包括一端开口的胶囊外壳，开口处封装有单向阀，胶囊外壳内设有与单向阀相连的容纳仓；

所述容纳仓被其内设置的活塞和控制板分隔为储液仓、电解仓和控制仓，其分别用来容纳含待释放物的菌液/药液、电解液和控制模块，其中储液仓靠近单向阀；

所述的控制模块包括遥控模块和为其提供电压的电池，遥控模块还分别与贯穿控制板并伸入电解仓的正负电极相连接。

所述的遥控模块被信号触发时能够输出电压使正负电极之间产生电势差，电解仓中的电解液被电解并产生气体，使电解仓内气压增大，活塞随之被推向单向阀方向，储液仓中的菌液/药液被推动并通过单向阀被释放。

所述遥控模块通过非接触方式被触发，根据触发条件是否存在使正负电极通电或断电，控制其是否电解电解液产生气体。

所述的单向阀为液体与气体只能由入口进入、出口排出的单向通过阀门，其入口位于储液仓内、出口暴露于电子胶囊之外。

所述的遥控模块包括磁控开关，其两端分别连接与正负电极相连接；磁控开关根据外界磁场的变化闭合或断开，使正负电极通电或断电。

所述的遥控模块包括无线接收模块和信号处理模块，信号处理模块根据无线接收模块所接收的信号，控制遥控模块输出或停止输出电压，使正负电极通电或断电。

所述的无线接收模块还连接有接收天线，接收天线置入胶囊外壳内或缠绕于容纳仓内壁、外壁之间。

所述的电池为一节或多节串联的纽扣电池，总电压为1.6V～5V；

所述的正负电极采用包括石墨、单质金属或合金在内的固态导电材料；

所述的电解液采用电解产气的强电解质离子溶液中的一种或多种溶液的混合，电解质离子浓度为0.2mol/L～1mol/L；

所述的胶囊外壳采用具有高生物相容性的聚合物材料，包括光敏树脂、聚四氟乙烯、聚乳酸。

所述的单向阀为液体与气体只能由入口进入、出口排出的单向通过阀门，其入口位于储液仓内、出口暴露于电子胶囊之外。

所述的遥控模块被触发的时间控制为：

在遥控模块未被触发前，与其连接的正负电极之间无电势差；

遥控模块被触发后，遥控模块输出电压使正负电极之间产生电势差，电解仓中的电解液被电解并产生气体，活塞被推动使菌液/药液被释放；所述的菌液/药液的含菌浓度或含药浓度经检测获取或为已知浓度；

根据电解时间-菌液/药液释放量的关系，将电解的持续时间定量控制，从而定量控制电解所产生的气体量与活塞的推动距离，以将菌液/药液的释放体积定量控制。

电子胶囊的封装为：先在放置控制模块及带有正负电极的控制板，然后向电解仓内灌注电解液，在放置活塞之后再向储液仓灌注菌液/药液，最后用单向阀封装。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供的可定量释放容纳物的电子胶囊，基于对电解液电解产生气体的电化学定量控制实现了对释放菌液/药液的定量控制：以电解液电解产生气体增加压力作为推动力，推动活塞通过单向阀单向释放菌液/药液，而通过遥控信号对电解的电极通电时间进行控制，从而达到遥控信号对电解时间-菌液/药液释放量的定量控制，从而可以实现体外信号控制吞咽后的电子胶囊在体外的精确定量释放，克服了现有技术中无法精确释放的缺陷。

本实用新型提供的可定量释放容纳物的电子胶囊，还能够实现定点的释放，当电子胶囊被吞咽后，由于采用了单向阀对开口封装所以外部的气体和液体无法进入而内部的气体和液体在没有推力的情况下也不会泄露，这样就保证了电子胶囊再穿行过程中保持一个相对稳定的状态，不会产生药物的遗漏；在电子胶囊被吞咽后通过在特定部位设置或穿戴信号触发装置，当电子胶囊达到该部位之后遥控模块被触发，从而开始释放所容纳的菌液/药液达到定点释放；避免了摄入过量的药物，尤其对释放菌群来说尤为重要，只有特定的菌群在达到指定的部位被释放才能起到相应的效果，否则会产生不良影响。

本实用新型提供的可定量释放容纳物的电子胶囊，在容纳菌液进行肠道微生物的移植或释放时，由于菌液能够被容纳在储液仓内，可以通过接种后扩增的方式来实现微生物数量的增加，这样一方面很大程度地减少了肠道微生物移植的工作量，使肠道微生物移植更加简单便捷，另一方面实现了微生物移植量的精确控制。而且本实用新型的胶囊外壳可采用具有高生物相容性的聚合物材料，在吞咽之后副作用小；通过电子胶囊进行微生物的释放，尽可能地减轻了肠道微生物移植实施过程中患者的痛苦与不适感。本实用新型的发展将在很大程度上推动肠道微生物移植的临床应用以及肠道微生物相关研究的发展。

附图说明

图1是本实用新型可培养与定量释放微生物的消化道电子胶囊示意图；

图2是本实用新型消化道电子胶囊受控释放微生物示意图；

图3是本实用新型消化道电子胶囊培养需氧型微生物示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参见图1、图2，一种可定量释放容纳物的电子胶囊，包括一端开口的胶囊外壳1，开口处封装有单向阀11，胶囊外壳1内设有与单向阀11相连的容纳仓；

所述容纳仓被其内设置的活塞8和控制板4分隔为储液仓10、电解仓7和控制仓，其分别用来容纳含待释放物的菌液/药液9、电解液6和控制模块，其中储液仓10靠近单向阀11；

所述的控制模块包括遥控模块3和为其提供电压的电池2，遥控模块3还分别与贯穿控制板4并伸入电解仓7的正负电极5相连接。

进一步的，所述的遥控模块3被信号触发时能够输出电压使正负电极5之间产生电势差，电解仓7中的电解液6被电解并产生气体，使电解仓7内气压增大，活塞8随之被推向单向阀11方向，储液仓10中的菌液/药液9被推动并通过单向阀11被释放。

具体的，活塞位于电解仓7与储液仓10之间，活塞可在胶囊外壳内壁内自由移动，并保证电解液不被泄露。储液仓由胶囊外壳内壁、活塞8、单向阀11之间的空腔构成，可以储存菌液/药液9。电解电极的正负极分别与遥控模块输出端的正负接口通过导线连接。电池1的正负极分别与遥控模块3输入端的正负接口通过导线相连。

所述遥控模块3通过非接触方式被触发，根据触发条件是否存在使正负电极通电或断电，控制其是否电解电解液6产生气体。

具体的，所述的遥控模块3包括磁控开关，其两端分别连接与正负电极5相连接；磁控开关根据外界磁场的变化闭合或断开，使正负电极通电或断电。

或者，所述的遥控模块3包括无线接收模块和信号处理模块，信号处理模块根据无线接收模块所接收的信号，控制遥控模块3输出或停止输出电压，使正负电极通电或断电。

所述的无线接收模块还连接有接收天线，接收天线置入胶囊外壳1内或缠绕于容纳仓内壁、外壁之间。

进一步的，所述的电池2为一节或多节串联的纽扣电池，总电压为1.6V～5V；

所述的正负电极5采用包括石墨、单质金属或合金在内的固态导电材料；

所述的电解液6采用电解产气的强电解质离子溶液中的一种或多种溶液的混合，电解质离子浓度为0.2mol/L～1mol/L；

所述的胶囊外壳1采用具有高生物相容性的聚合物材料。

进一步的，所述的电解液6的电解质种类包括强碱溶液、强酸溶液、强碱强酸盐溶液、强碱弱酸盐溶液和弱酸强碱盐溶液；采用多种溶液的混合时，无化学反应。

具体的，电解液6可以采用NaOH溶液、H₂SO₄溶液、Na₂CO₃溶液、HCl溶液或NaCl溶液中的一种或多种的混合。

所述的单向阀11为液体与气体只能由入口进入、出口排出的单向通过阀门，其入口位于储液仓10内、出口暴露于电子胶囊之外。

所述的菌液/药液9为含有肠道微生物的菌液或溶解有待释放药物的药液；

所述的菌液是将微生物接种于放置在储液仓10中的微生物培养液再培养而获得；

所述的药液是将药物溶解于液体中并过滤，将滤液注于储液仓10中而获得。

所述的菌液中，微生物培养液采用水为溶剂，并溶解有微生物生长所必须的大量元素和微量元素；微生物种类为能够在肠道生存的厌氧型微生物或需氧型微生物，微生物种类为单一菌种或若干种微生物组成的微生物菌群。

具体的，所述微生物培养液采用水为溶剂，糖类、蛋白质、无机盐中的一种或多种物质混合物为溶质，可使菌液的细菌在该液体中繁殖。微生物包括一种或多种人体消化道中存在的微生物的混合。

进一步的，所述的菌液的封装与培养为：

将微生物培养液注入于储液仓10中并接近与注满，再将厌氧型肠道微生物菌种接种于微生物培养液中，用单向阀11封装以隔绝外界空气；再将电子胶囊静置或置于摇床上常温下培养1～3天，期间厌氧型肠道微生物繁殖扩增。

所述的菌液的封装与培养为：

将微生物培养液注入于储液仓10中并接近与注满，再将需氧型肠道微生物菌种接种于微生物培养液中，储液仓出口敞开情况下再将电子胶囊静置或置于摇床上常温下培养1～3天，保持菌液与外界气体的流通，期间需氧型肠道微生物繁殖扩增，培养完成后用单向阀11封装储液仓10。

为了定量控制，所述的遥控模块3被触发的时间控制为：

在遥控模块3未被触发前，与其连接的正负电极5之间无电势差；

遥控模块3被触发后，遥控模块3输出电压使正负电极5之间产生电势差，电解仓7中的电解液6被电解并产生气体，活塞8被推动使菌液/药液9被释放；所述的菌液/药液9的含菌浓度或含药浓度经检测获取或为已知浓度；

根据电解时间-菌液/药液释放量的关系，将电解的持续时间定量控制，从而定量控制电解所产生的气体量与活塞8的推动距离，以将菌液/药液9的释放体积定量控制。

电子胶囊的封装为：先在放置控制模块及带有正负电极5的控制板4，然后向电解仓7内灌注电解液6，在放置活塞8之后再向储液仓10灌注菌液/药液9，最后用单向阀11封装。

下面给出具体的实施例。

实施例1

如图1、2所示，本实施例以厌氧型微生物作为培养与释放对象、磁控作为遥控方法为例进行描述。

所述遥控模块3为磁控开关，如干簧管。其两端分别连接于电池2正极与电解电极5正极。磁控开关可根据外界磁场的变化闭合或断开。

电子胶囊的封装到菌液的释放包括：

1.配置一定浓度的溶质为NaOH、Na₂CO₃或Na₂SO₄等强电解质、浓度为0.2mol/L～1mol/L的电解液6，将其注入于电解仓7中并几乎装满。

2.配置厌氧型微生物所需要的微生物的培养液(如青春双歧杆菌、乳酸菌、粪肠球菌等)，灭菌、除氧后迅速注入于储液仓10中，并几乎装满。将所培养的厌氧型微生物菌种接种于储液仓10内的培养液中，接种后迅速安装好单向阀11，使储液仓与外界气体隔绝，维持厌氧环境。

3.使电子胶囊静置或置于摇床上常温培养1-3天，此段时间储液仓10中的肠道微生物大量增殖直至饱和。此段时间也可通过磁石靠近使胶囊周围的磁场增强，触发遥控模块3的磁开关，使胶囊释放少许菌液，以检验菌液中微生物的密度并验证其已达到饱和程度，以备使用。

4.将胶囊吞咽，数小时后，将磁石在体外靠近消化道某一位置(如盲肠、升结肠、横结肠等)，胶囊在经过该位置时，磁控开关3因磁场强度的增强而闭合，使与输出端相连的正负电极5之间产生电势差。电解仓7中的电解液6发生电化学反应，电解产生大量气体12，使电解仓内气压增大，活塞8在气压的推动下向电子胶囊的单向阀方向运动。储液仓中的菌液9由于活塞的推动作用，通过单向阀的菌液13被释放于肠道。

5.在电解启动了特定时间(10-15分钟)以后，将磁石远离身体，遥控模块的磁控开关断开，正负电极的电势差消失，电解停止，从而菌液释放停止。

6.根据胶囊的电解启动时间-释放量的关系，通过定量控制电解启动的时间，可定量控制菌液释放量于一定误差范围内。

7.消化道内的电子胶囊通过排遗从体内排出。

实施例2

如图2、3所示，本实施例以需氧型微生物作为培养与释放对象、无线通信作为遥控方法为例进行描述。

所述遥控模块3包括接收天线，置入与胶囊中、或缠绕于胶囊内壁、外壁之间。所述遥控模块还包括无线接收模块、信号处理模块。信号处理模块根据无线接收模块所接收的信号，控制输出端输出或停止输出电解电压。

1.配置一定浓度的溶质为NaOH、Na₂CO₃或Na₂SO₄等强电解质、浓度为0.2mol/L～1mol/L的电解液6，将其注入于电解仓7中并几乎装满。

2.配置需氧型微生物所需要的微生物(如酵母菌、芽孢肝菌等)的培养液，灭菌后注入于储液仓10中，并几乎装满。将单向阀11卸下，将未接种的微生物培养液注入于储液仓10中。再将储液仓10的培养液中接种少量所培养的需氧型肠道微生物，接种后将储液仓出口敞开。

3.将电子胶囊静置、或置于摇床上常温培养1-3天，保持菌液9与外界气体的流通，期间电子胶囊储液仓10中的需氧微生物大量繁殖，数量大幅增加。期间可监测菌液9中微生物的密度并验证其已达到饱和程度。将电子胶囊安装上单向阀11，以备使用。

4.将胶囊吞咽，数小时后，向无线接收模块发送启动指令，信号处理模块根据接收的指令，控制输出端输出电压，使与输出端相连的正负电极5之间产生电势差。电解仓7中的电解液6发生电化学反应，电解产生大量气体12，使电解仓内气压增大，活塞8在气压的推动下向电子胶囊的单向阀方向运动。储液仓中的菌液9由于活塞的推动作用，通过单向阀。通过单向阀的菌液13被释放于肠道。

5.在电解启动了特定时间(10-15分钟)以后，向无线接收模块发送断开指令，信号处理模块根据接收的指令，控制输出端停止输出电压，正负电极5的电势差消失，电解停止，从而药物释放停止。

6.根据胶囊的电解启动时间-释放量的关系，通过定量控制电解启动的时间，可定量控制菌液释放量于一定误差范围内。

7.消化道内的电子胶囊通过排遗从体内排出。

对于实施例1～2，电解仓7均处于密闭状态中，使用过程中，电解液6与电解产生的气体不能流出和释放于肠道中。胶囊外壳1采用高生物相容性材料，包括光敏树脂、聚四氟乙烯、聚乳酸，以避免机体排斥反应。

对于实施例1～2，电池2电压与电解液6的种类、浓度对微生物释放速度有很大影响。电池通常选用2节氧化银纽扣电池总电压约3V,如果电池电压过小会使电解速率过慢，降低电子胶囊微生物释放的能力；如果电压过大会使电解速度太快，不易精确控制微生物释放量。电解液通常采用0.5mol/L的氢氧化钠溶液，如果电解液浓度过高，会使电解速率减慢，降低电子胶囊微生物释放的能力；如果浓度过高使电解速度太快，不易精确控制微生物释放量。

对于实施例1～2，储液仓10中微生物类型与培养液的类型也会影响微生物的释放速度。在实施之前，需要检测在特定微生物培养液、密度饱和的特定微生物的条件下，电子胶囊的微生物释放量与时间的关系，以指导电子胶囊释放该类型微生物的持续时间，实现微生物的定量释放。

最后需要进行说明的是，以上所提出的基于微生物的培养与定量释放的消化道电子胶囊的实施例仅用于说明本技术可以使用的方案，并非仅限于这几种案例。对本实用新型使用消化道电子胶囊进行微生物培养与液体释放的技术方案进行修改或者同等替换，都未脱离本技术方案的精神范围，都应当涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种可定量释放容纳物的电子胶囊，其特征在于，包括一端开口的胶囊外壳(1)，开口处封装有单向阀(11)，胶囊外壳(1)内设有与单向阀(11)相连的容纳仓；

所述容纳仓被其内设置的活塞(8)和控制板(4)分隔为储液仓(10)、电解仓(7)和控制仓，其分别用来容纳含待释放物的菌液/药液(9)、电解液(6)和控制模块，其中储液仓(10)靠近单向阀(11)；

所述的控制模块包括遥控模块(3)和为其提供电压的电池(2)，遥控模块(3)还分别与贯穿控制板(4)并伸入电解仓(7)的正负电极(5)相连接。

2.如权利要求1所述的可定量释放容纳物的电子胶囊，其特征在于，所述的遥控模块(3)被信号触发时能够输出电压使正负电极(5)之间产生电势差，电解仓(7)中的电解液(6)被电解并产生气体，使电解仓(7)内气压增大，活塞(8)随之被推向单向阀(11)方向，储液仓(10)中的菌液/药液(9)被推动并通过单向阀(11)被释放。

3.如权利要求1或2所述的可定量释放容纳物的电子胶囊，其特征在于，所述遥控模块(3)通过非接触方式被触发，根据触发条件是否存在使正负电极通电或断电，控制其是否电解电解液(6)产生气体。

4.如权利要求3所述的可定量释放容纳物的电子胶囊，其特征在于，所述的遥控模块(3)包括磁控开关，其两端分别连接与正负电极(5)相连接；磁控开关根据外界磁场的变化闭合或断开，使正负电极通电或断电。

5.如权利要求3所述的可定量释放容纳物的电子胶囊，其特征在于，所述的遥控模块(3)包括无线接收模块和信号处理模块，信号处理模块根据无线接收模块所接收的信号，控制遥控模块(3)输出或停止输出电压，使正负电极通电或断电。

6.如权利要求5所述的可定量释放容纳物的电子胶囊，其特征在于，所 述的无线接收模块还连接有接收天线，接收天线置入胶囊外壳(1)内或缠绕于容纳仓内壁、外壁之间。

7.如权利要求1所述的可定量释放容纳物的电子胶囊，其特征在于，所述的单向阀(11)为液体与气体只能由入口进入、出口排出的单向通过阀门，其入口位于储液仓(10)内、出口暴露于电子胶囊之外。