CN219167500U

CN219167500U - 一种微针糖尿病闭环系统

Info

Publication number: CN219167500U
Application number: CN202223498972.7U
Authority: CN
Inventors: 崔悦
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2022-12-27
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2032-12-27

Abstract

本申请属于医疗器械技术领域，公开了一种微针糖尿病闭环系统，包括胰岛素泵、微针生物传感器以及控制单元；胰岛素泵包括泵体，泵体内用于储存胰岛素，泵体内设置有带锥形孔的薄膜，薄膜上设置有压电圆环，薄膜与压电圆环通过导线与外接交流电源连接；微针生物传感器包括衬底，衬底上一体成型有微针阵列，微针阵列包括若干空心微针，衬底上覆盖有电极；控制单元接收微针生物传感器的电信号后控制胰岛素泵的启闭。通过将胰岛素泵和微针生物传感器集成在一起，用控制单元连接形成闭环，实现糖尿病患者血糖的自动检测和胰岛素的自动补给，集检测和治疗功能于一体，体积小，便于携带，造价低，提高糖尿病患者生活质量。

Description

一种微针糖尿病闭环系统

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种微针糖尿病闭环系统。

背景技术

糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损，或两者兼有引起。糖尿病是一种长期存在的高血糖症状，会导致各种组织，特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害、功能障碍。

为了更好更便携的控制血糖提高糖尿病患者的生活质量，市场上应运而生了糖尿病闭环系统，模拟人体胰腺功能实现胰岛素的自动补充，但目前商用中的糖尿病闭环系统体积大、价格高，无法实现糖尿病患者的随身携带，难以普及使用，研制一款体积小、携带方便、价格低的糖尿病闭环系统，可以使糖尿病患者能够在长时间内保持血糖平衡，提高生活质量。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种微针糖尿病闭环系统。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种微针糖尿病闭环系统，包括胰岛素泵、微针生物传感器以及控制单元；

所述胰岛素泵包括泵体，所述泵体内用于储存胰岛素，所述泵体内设置有带锥形孔的薄膜，所述薄膜上设置有压电圆环，薄膜与压电圆环通过导线与外接交流电源连接；

所述微针生物传感器包括衬底，所述衬底上一体成型有微针阵列，所述微针阵列包括若干空心微针，所述衬底上覆盖有电极；

所述控制单元的输入端与微针生物传感器的输出端相连，所述控制单元的输出端与胰岛素泵的输入端相连；所述控制单元接收微针生物传感器的电信号后控制胰岛素泵的启闭。

通过采用上述技术方案，将胰岛素泵和微针生物传感器集成在一起，通过控制单元连接控制形成闭环，通过微针生物传感器采集检测患者组织液中的葡萄糖浓度，从而控制胰岛素泵的工作，实现糖尿病患者血糖的自动检测和胰岛素的自动补给，集检测和治疗功能于一体，体积小，便于携带，造价低，可满足糖尿病患者在日常生活中的血糖的自动检测和胰岛素的自动补给，提高生活质量。

进一步的，所述薄膜为硬质膜材或柔性膜材。

通过采用上述技术方案，薄膜选用硬质或柔性膜材，可以在振动情况下能够拉伸和弯曲。

进一步的，所述压电圆环与薄膜一体连接。

通过采用上述技术方案，将压电圆环与薄膜连接为一体，使得压电圆环振动直接带动薄膜振动，避免了能量损耗。

进一步的，所述空心微针为圆锥形或棱锥形，其大口径端与衬底连接。

通过采用上述技术方案，空心微针设置为锥形，其尖端便于刺入皮肤中。

进一步的，所述电极包括工作电极和作用电极。

通过采用上述技术方案，设置两个电极，使其构成回路，作用电极可同时起到连通电路和稳定电压的作用。

进一步的，所述电极包括工作电极、对电极和参比电极。

通过采用上述技术方案，对电极起到连通电路的作用，参比电极起到稳定电压的作用。

进一步的，所述控制单元包括信号采集模块、控制模块和执行模块，所述信号采集模块用于接收并转换微针生物传感器的电信号；所述控制模块根据信号采集模块采集的电信号进行分析，发布指令给执行模块；所述执行模块根据控制模块发出的指令控制胰岛素泵的启闭。

通过采用上述技术方案，设置信号采集模块、控制模块和执行模块，从采集到分析再到执行，构成控制系统的闭环。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、本申请中，通过将胰岛素泵和微针生物传感器集成在一起，通过控制单元连接控制形成闭环，通过微针生物传感器采集检测患者组织液中的葡萄糖浓度，从而控制胰岛素泵的工作，实现糖尿病患者血糖的自动检测和胰岛素的自动补给，集检测和治疗功能于一体，体积小，便于携带，造价低，可满足糖尿病患者在日常生活中的血糖的自动检测和胰岛素的自动补给，提高生活质量；

2、本申请中，通过设置微针生物传感器，矩阵排列若干空心微针，空心微针上设置注射通道和电极，使得微针生物传感器既可以作为传感器检测组织液中葡萄糖浓度，也可以作为注射器注射胰岛素，集成度高。

附图说明

图1是本实用新型实施例的流程示意图；

图2是本实用新型实施例的结构示意图；

图3是本实用新型实施例胰岛素泵的结构示意图；

图4是本实用新型实施例两个电极的微针生物传感器结构示意图；

图5是本实用新型实施例三个电极的微针生物传感器结构示意图；

图6是本实施例中空心微针为棱锥形的微针生物传感器结构示意图。

图中：10、胰岛素泵；11、泵体；12、薄膜；13、锥形孔；14、压电圆环；20、微针生物传感器；21、衬底；22、微针阵列；221、空心微针；23、电极；231、工作电极；232、作用电极；233、对电极；234、参比电极；30、控制单元；31、信号采集模块；32、控制模块；33执行模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1-5所示，本申请实施例公开了一种微针糖尿病闭环系统，包括胰岛素泵10、微针生物传感器20以及控制单元30。

具体的，胰岛素泵10包括泵体11，泵体11内用于储存胰岛素，泵体内设置有的薄膜12，薄膜12采用硬质膜材或柔性膜材，如不锈钢、金、铜、锌、铂、银、钨、铝、铝合金、天然橡胶、异戊橡胶、聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶、丁睛橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、氯醚橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、氟橡胶、氯磺化聚乙烯、氢化丁睛橡胶、热塑性聚烯烃弹性体、热塑性苯乙烯类弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性、聚酰胺热塑性弹性体、含卤素热塑性弹性体、离子型热塑性弹性体、乙烯共聚物热塑性弹性体、1,2聚丁二烯热塑性弹性体、反式聚异戊二烯热塑性弹性体、熔融加工型热塑性弹性体、热塑性硫化胶、聚二甲基硅氧烷等。

在薄膜12上开设有若干锥形孔13，锥形孔13通过激光刻蚀或离子选择性刻蚀方式开设在薄膜12上，锥形孔13的大口径端位于储存胰岛素的腔体一侧，即锥形孔13的大口径端为进液端，小口径端为出液端。

薄膜12上还设置有压电圆环14，压电圆环14设置在锥形孔13小口径端的一侧，压电圆环14由压电晶体、压电陶瓷或压电聚合物等压电材料制成，制造时，可在薄膜12外边缘处通过掩模板孔洞，溅射沉寂一层压电材料形成压电圆环14，使得压电圆环14与薄膜12成为一体。

薄膜12与压电圆环14通过导线与外接交流电源连接，具体的，外接交流电源采用电压为10V-100V的交流电，也可以外接1-10V直流电，通过电路转换成10V-100V交流电。

具体工作时，薄膜12与压电圆环14通电，压电圆环14通入交流电后产生振动，带动，薄膜12拉伸或弯曲，锥形孔13在薄膜12的拉伸或弯曲作用下不断张缩，口径交替变化，从而将泵体11内储存的胰岛素挤出。

微针生物传感器20包括衬底21、微针阵列22以及电极23，衬底21与微针阵列22一体成型，微针阵列22包括若干阵列布置的空心微针221，空心微针221内的空心通道为胰岛素注射通道。空心微针221为圆锥形或棱锥形，其大口径端与衬底21连接，其小口径端为尖部，用于刺进皮肤。具体的，空心微针221的高度可以为300-2000μm，空心微针221在衬底21的直径可为50-1000μm，空心微针221的侧壁厚度可为30-300μm。

在衬底21上覆盖有电极23，电极23可为工作电极231和作用电极232，工作电极231为纳米金复合材料件，作用电极232为纳米银/氯化银复合浆料件，具体制作时，可以在衬底21上微针阵列22凸出的一侧制作，也可以在衬底21上微针阵列22内凹的一侧制作。在微针阵列22凸出的一侧制作工作电极231和作用电极232时，可以选择不穿透空心微针221阵列，因为此时只需将微针与被检测溶液接触即可,无需被检测溶液流入微针阵列22内部。同时,工作电极231包括层叠设置在衬底21上的电极层、普鲁士蓝层、试剂酶层和生物兼容性聚合物层,其中电极层可以选用金、铂或碳,而电源电极一般则包括电极层；通过在试剂酶层上覆盖液态的生物兼容性聚合物,再对液态的生物兼容性聚合物进行加热干燥,从而形成生物兼容性聚合物层。生物兼容性聚合物层可以选用全氟磺酸,生物兼容性聚合物层可以避免普鲁士蓝层对人体造成损害。

这样，在工作电极231接触到被检测溶液时,试剂酶可以与被检测溶液中的对应分析物发生反应，并通过试剂酶反应产生产物，产物会在工作电极231上进行氧化或者还原反应产生电信号的变化。

电极23也可以包括一个工作电极231、一个对电极233和一个参比电极234。此时，对电极233起到连通电路的作用，参比电极234起到稳定电压的作用。

控制单元30包括信号采集模块31、控制模块32和执行模块33，信号采集模块31的输入端与微针生物传感器20的输出端相连，信号采集模块31的输出端与控制模块32的输入端相连，控制模块32的输入端与执行模块33的输入端相连，执行模块33的输出端与胰岛素泵10的输入端相连。信号采集模块31将微针生物传感器20检测到的电信号传递给控制模块32，控制模块32对信号进行分析判断，然后将指令发送给执行模块33，执行模块33控制胰岛素泵10的启闭来执行指令。

本实施例中一种微针糖尿病闭环系统的使用原理为：微针阵列22刺入皮肤后，工作电极231上发生电化学反应，将电信号的变化传递给信号采集模块31，信号采集模块31再将电信号传递给控制模块32，控制模块32分析组织液中的葡萄糖浓度，从而判断是否要注射胰岛素；如组织液中的葡萄糖浓度升高，则控制模块32发出注射胰岛素的指令给执行模块33，执行模块33指令胰岛素泵10通电，压电陶瓷圆环14产生径向振动带动薄膜12同步径向振动，使得薄膜12上的锥形孔13反复延伸和弯曲，不断的将胰岛素基础并进入微针生物传感器20上的空心微针221内，进而进入皮下，实现糖尿病患者血糖浓度的检测以及胰岛素的自动补给，在使用过程中，不需要人工干预，使用方便，同时实现测量和治疗的功能，集成度更高。且胰岛素泵10和微针生物传感器20体积小，便于携带，造价低。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种微针糖尿病闭环系统，其特征是：

包括胰岛素泵、微针生物传感器以及控制单元；

2.根据权利要求1所述的一种微针糖尿病闭环系统，其特征是：所述薄膜为硬质膜材或柔性膜材。

3.根据权利要求1所述的一种微针糖尿病闭环系统，其特征是：所述压电圆环与薄膜一体连接。

4.根据权利要求1所述的一种微针糖尿病闭环系统，其特征是：所述空心微针为圆锥形或棱锥形，其大口径端与衬底连接。

5.根据权利要求1所述的一种微针糖尿病闭环系统，其特征是：所述电极包括工作电极和作用电极。

6.根据权利要求1所述的一种微针糖尿病闭环系统，其特征是：所述电极包括工作电极、对电极和参比电极。

7.根据权利要求1所述的一种微针糖尿病闭环系统，其特征是：所述控制单元包括信号采集模块、控制模块和执行模块，所述信号采集模块用于接收并转换微针生物传感器的电信号；所述控制模块根据信号采集模块采集的电信号进行分析，发布指令给执行模块；所述执行模块根据控制模块发出的指令控制胰岛素泵的启闭。