TW201916903A - 人體胰島素注入之供液裝置 - Google Patents

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Abstract

一種人體胰島素注入之供液裝置，具有一載體，載體上架構有儲液腔室及導流致動單元，並裝設感測器及驅動晶片。導流致動單元具有一導液通道，連通儲液腔室之儲液出口及一導液出口。感測器抵觸人體皮膚以監測汗液中血糖含量之監測數值。驅動晶片自感測器接收監測數值判讀，據以控制導流致動單元之致動，並控制儲液出口及導液出口之閥開關的開關狀態。導流致動單元受驅動後產生壓力梯度，使儲液腔室中的胰島素液體經由導液通道輸出至導液出口，流入貼附於導流致動單元下方之微針貼片，並透過其複數個空心微針注入皮下組織中。

Description

人體胰島素注入之供液裝置
本案係關於一種供液裝置，尤指一種應用於人體胰島素注射之供液裝置。
目前，針對第一型糖尿病及第二型糖尿病的治療方式主要為補充降糖藥物，給藥方式包括口服、注射器注射以及胰島素泵注射。其中口服及注射器注射方式，患者需要每天自行使用血糖儀採血檢測自身血糖準位，再根據血糖準位服藥。而胰島素泵系統由留置針和胰島素泵組成，留置針置於體內固定於體表，用於採血與藥物注射；與留置針相連的胰島素泵，則根據血糖準位控制釋放降糖藥物。
胰島素由於不能直接口服，只能採用注射方式。注射器注射與胰島素泵之留置針，不僅在注射時會造成患者疼痛，並都會在體表留下針孔。尤其注射器注射往往需要一日多次，會造成皮下組織因頻繁注射而產生硬塊。胰島素泵對留置針的採用減少了注射次數，但整體裝致具有一定的體積重量，不便隨身攜帶，設置在身上會影響患者的日常生活和運動。
針對上述缺失，本案開發一種安全、便於攜帶、無痛的智能型人體胰島素注入之供液裝置，提供患者在日常生活中注射人體胰島素以隨時控制血糖準位，並解決上述傳統注射方式之問題。
本案之主要目的在於提供一種人體胰島素注入之供液裝置，為了解決傳統胰島素注射方式會造成患者疼痛與不便隨身攜帶的問題提供一種安全、便於攜帶、無痛的智能型人體胰島素注入之供液裝置，讓患者在日常生活中注射人體胰島素以隨時控制血糖準位，並作為自動補充人體胰島素之人工胰臟使用。
為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種人體胰島素注入之供液裝置，包含：一載體；一儲液腔室，架構於該載體上，供儲存一胰島素液體，並具有一儲液出口；一導流致動單元，架構於該載體上，具有一導液通道，連通該儲液腔室之該儲液出口，並連通一導液出口，使該導流致動單元驅動後傳輸該胰島素液體由該導液出口輸出；複數個閥開關，該儲液出口及該導液出口各自設置一閥開關封閉，控制開關狀態；一微針貼片，貼附於該導流致動單元下方，以封閉並連通該導液出口，使該導液出口輸出該胰島素液體導入該微針貼片其中，並該微針貼片具有複數個空心微針，供微創插入人體皮膚導出，將該胰島素液體注入皮下組織中；一感測器，架構設置於該載體上，以抵觸人體皮膚上，以監測汗液中血糖含量，之並產生一監測數值；以及一驅動晶片，以架構設置於該載體上，以控制該導流致動單元之致動、控制該複數閥開關之開關狀態以及接收該感測器之該監測數值判讀； 藉此，該微針貼片以該複數個空心微針微創插入人體皮膚上，且該感測器監測到人體皮膚流出汗液中之一特定血糖含量之該監測數值時，由該驅動晶片控制該導流致動單元致動，同時控制該儲液出口之該閥開關開啟、該導液出口之該閥開關開啟，以讓該儲液腔室儲存之該胰島素液體由該導液出口輸出，導入該微針貼片中，由該複數個空心微針導出注入將該胰島素液體注入於皮下組織中。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參閱第1 圖，其為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之結構示意圖。供液裝置100包含載體1，以及架構於載體1其上的儲液腔室2、導流致動單元3、閥開關4a及4b、微針貼片5、感測器6以及驅動晶片7。載體1可為但不限為矽晶片或PCB電路板，而感測器6及驅動晶片7可以採微機電製程(MEMS)整合於載體1上。又載體1上凹設一儲液腔室2，用以儲存人體胰島素液體200，並具有一儲液出口21，而儲液腔室2凹設在載體1上並以一蓋板11予以密封。
本實施例之導流致動單元3包含一導液通道31以及一致動器32。導液通道3之結構成型於載體1內部，並具有一入口通道311、一壓力腔室313、一出口通道312以及一導液出口314。導液通道31為連通儲液出口21與導液出口314之流體通路。更具體而言，載體1上貫通設置相互隔開之一入口通道311與一出口通道312，並凹設一壓力腔室313分別連通入口通道311與出口通道312之一端，且壓力腔室313上方受致動器32封蓋密封。入口通道311連通壓力腔室313之另一端以一封蓋件12予以封蓋，使該另一端連通儲液腔室2之儲液出口21形成一密封之流體通道，而出口通道312連通壓力腔室313之另一端所形成之開口即為導液出口314。導流致動單元3之導液通道31為由上述入口通道311、壓力腔室313、出口通道312以及導液出口314依序串連相通所構成之流體通路。
本實施例之致動器32由一承載件321及一致動元件322所構成，承載件321為一可撓性板材，封蓋壓力腔室313而固接於載體1上。致動元件322為一板狀壓電元件，貼附於承載件321之上表面。致動元件322受電壓施加時產生形變，連動承載件321產生形變而共振，進而擴增或壓縮壓力腔室313之體積，形成一壓力梯度驅使儲液腔室2所儲存胰島素液體200導入在入口通道311及出口通道312中流動。
本實施例之閥開關4a、4b分別設置封閉於儲液出口21與導液出口314上，由驅動晶片7控制其開關狀態，請參閱第2A 圖及第2B圖，其為本案之一較佳實施例中閥開關之作動示意圖。當驅動晶片7控制導流致動單元3啟動時，閥開關4a、4b亦開啟；當驅動晶片7控制導流致動單元3停止作動時，閥開關4a、4b則關閉。閥開關4a與閥開關4b為相同結構，為避免相同結構重複說明，以下僅以閥開關4a為例進行說明。閥開關4a包含一密封件41、一保持件42以及一位移件43。密封件41與保持件42上分別具有複數個通孔411及421，位移件43設置於密封件41及保持件42之間所形成的容置空間中，亦具有複數個通孔431。位移件43之通孔431大致對準於保持件42之通孔421，而與密封件41之通孔411形成錯位不對準。
在本實施例的閥開關4a之第一實施態樣中，位移件43可為一帶電荷之材料，而保持件41可為一兩極性之導電材料。在本實施例的閥開關4a之第二實施態樣中，位移件43可為一帶磁性之材料，而保持件41可為一可受控變換極性之磁性材料。如第2A圖所示，當驅動晶片7控制保持件42維持與位移件43相同之極性，位移件43朝密封件41靠近，構成閥開關4a之關閉。如第2B圖所示，當驅動晶片7控制保持件41維持與位移件43不同之極性，位移件43朝保持件41靠近，構成閥開關4a之開啟。
本實施例之微針貼片5具有複數個空心微針51及貼片區52，貼片區52為具有黏性之薄片，微針貼片5能利用貼片區52之黏性貼附於載體1上封蓋件12，而讓整個微針貼片5固設於載體1上具有導液出口314一側，並使導液出口314連通空心微針51，也能利用貼片區52另一面之黏性而貼附固定於使用者之皮膚上，讓整個供液裝置100定位於使用者之皮膚上而不掉落。空心微針51為能刺穿皮膚之微米級尺寸細針，其材料可為高分子聚合物、金屬或矽，較佳者為具高生物相容性之二氧化矽。空心微針51的孔徑大小可供胰島素分子通過，較佳者，空心微針51之內徑介於10微米(μm)至550微米(μm) ，空心微針51之長度介於400微米(μm)至900微米(μm)，可插入人體之皮下組織而刺入深度不觸及人體神經，因此完全不會造成疼痛。複數個空心微針51設置於微針貼片5上採以陣列方式排列，每一個空心微針51相鄰之間距大於200微米(μm)，以保證各空心微針51能順利刺入皮膚。而如此陣列方式設置之複數個空心微針51，不致因其中一空心微針51堵塞而影響胰島素注入，因為其他空心微針51能繼續保持注入胰島素。
請參閱第3圖，其為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之應用示意圖。如圖所示，由於供液裝置100為薄板狀並具有微型尺寸，可結合微針貼片5之貼片區52黏性貼附固定在人體皮膚上。如此，可單獨利用貼片區52之黏性使供液裝置100固定在人體上任一位置。
請同時參閱第1圖與第4 圖，第4圖為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之元件電性連結關係之方塊示意圖。感測器6以微機電製程設置於載體1上，當供液裝置100置定位於使用者之皮膚上時，感測器6可抵觸人體皮膚並監測人體汗液中葡萄糖含量，依此估算出人體的血糖準位，並產生相應之血糖監測數值。驅動晶片7以微機電製程設置於載體1上，分別耦接導流致動單元3之致動器31、閥開關4a及4b，以及感測器6，藉以傳輸信號控制導流致動單元3之致動器31作動，並控制閥開關4a及4b之開關狀態，以及接收來自感測器6之監測數值判讀。在本案之一實施例中，驅動晶片7更包含一石墨烯電池以提供電源。
請參閱第5A 圖及第5B圖，其為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之作動示意圖。當感測器6感測到一特定血糖含量監測數值時，驅動晶片7傳輸一啟動信號至導流致動單元3，以啟動致動器32，同時控制閥開關4a及4b呈開啟狀態，致動元件322受電壓施加而發生逆壓電效應產生形變，進而連動承載件321產生共振。此時，致動器32沿一垂直方向進行往復式運動。如第5A圖所示，當致動器32向上振動時，壓力腔室313受擴張而體積增加，進而產生一吸力，驅使胰島素液體200從儲液出口21流出而導入壓力腔室313中。接著，如第5B圖所示，當致動器32向下形變時，會壓縮壓力腔室313的體積，使其中的胰島素液體200受擠壓而向下流動推送至出口通道312而流至導液出口314，再導入微針貼片5之複數個空心微針51中，進而完成一定量的胰島素液體200注入人體皮下組織中。當然，若需要再注入胰島素液體200完成需求的量，重複循環上述致動器32上下作動即可持續將胰島素液體200從儲液出口21經由導液通道31輸送至導液出口314透過空心微針51注入人體皮下組織中，可作為自動補充人體胰島素之人工胰臟使用。
本案之供液裝置100為了防止供輸液體逆流，如第1圖所示，可進一步在載體1上之入口通道311、出口通道312中更進一步設置一閥片層300。請同時參閱第1圖與第6圖，第6圖為本案之一較佳實施例中閥片層之結構示意圖。更具體而言，載體1在入口通道311與出口通道312之一中段位置分別設有腔室13，且載體1上內嵌一閥片層300封蓋入口通道311與出口通道312。如第6圖所示，閥片層300由一可撓性平板材質所構成，並分別在對應封蓋入口通道311及出口通道312處形成閥片33a、33b，閥片33a上定義出一中央部331a，並以複數個連接部332a予以連接支撐於閥片層300上，而複數個連接部332a分隔出複數個空隙333a以供液體流通。所述之中央部331a、連接部332a與空隙333a即構成閥片33a。類似地，閥片層300上的中央部331b、連接部332b與空隙333b，亦構成相同結構的閥片33b。
另外，請參閱如第1 圖所示，載體1在入口通道311、出口通道312處更進一步分別具有一凸部結構14a、14b，凸部結構14a設置於入口通道311處，並設置在腔室13a底部；而凸部結構14b設置於出口通道312處，並設置在腔室13b頂部。凸部結構14a、14b可使上述閥片33a、33b之中央部331a、331b抵頂接觸而產生一預力頂觸作用。藉由上述設置，在致動器31未作動時，閥片33a可封閉隔絕入口通道311，而閥片33b則封閉隔絕出口通道312；如此一來，可防止入口通道311與出口通道312中的胰島素液體200發生逆流。
更詳細地說，當致動器31在作動過程中向上振動之時，壓力腔室313擴張而體積增加，進而產生一吸力，驅使入口通道311之閥片33a受到壓力腔室313之壓差變化而被向上吸附。此時，閥片33a之中央部331a快速脫離抵觸凸部結構14a之狀態，入口通道311因而開啟，如此通道內胰島素液體200可經由複數個空隙333a導入腔室13a而流通至壓力腔室313中。當致動器32向下振動時，會壓縮壓力腔室313的體積，進而產生一推力，驅使出口通道312之閥片33b受到該推力，而使閥片33b之中央部331b快速脫離抵觸凸部結構14b之狀態，出口通道312因而開啟，如此通道內胰島素液體200可經由複數個空隙333b導入腔室13b而流通至出口通道312中導入至導液出口314，再導入微針貼片5之複數個空心微針51中，進而完成一定量的胰島素液體200注入人體皮下組織中。於此同時，入口通道311之閥片33a受到壓力腔室313壓縮體積變化產生推力，進而使閥片33a之中央部331a回復抵觸凸部結構14a之預力作用，封閉入口通道311，通道內胰島素液體200不會從入口通道311產生逆流。
本案為一種安全、便於攜帶、無痛的智能型人體胰島素注入之供液裝置100，提供患者在日常生活中注射人體胰島素以隨時控制血糖準位之裝置，雖其為微型化裝置，其儲液腔室2儲存人體胰島素液體200的單位數會受限，其也可透過管路外接導入儲液腔室2，讓一個可隨身補充的胰島素之容器連通注入儲液腔室2內，以構成連續供液方式。
綜上所述，本案之供液裝置100透過感測器6監測到患者的血糖過高時，可驅動導流致動單元3之致動器32改變壓力腔室313的體積，產生壓力梯度使胰島素液體200從儲液腔室2流出，流經導液通道31輸出至導流致動單元3下方之微針貼片5，再透過微針貼片5之複數個空心微針51，自動注射人體胰島素液體200至患者的皮下組織，可作為自動補充人體胰島素之人工胰臟使用。並且，透過閥開關4a、4b之設置，精準控制胰島素液體200的注射量防止逆流，相較於傳統的胰島素注射方式，具有無痛、便於攜帶與自動偵測注射時機之優勢，極具產業利用，爰提出專利申請。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
100‧‧‧人體胰島素注入之供液裝置
200‧‧‧胰島素液體
300‧‧‧閥片層
1‧‧‧載體
11、12‧‧‧封蓋件
13a、13b‧‧‧腔室
14a、14b‧‧‧凸部結構
2‧‧‧儲液腔室
21‧‧‧儲液出口
3‧‧‧導流致動單元
31‧‧‧導液通道
311‧‧‧入口通道
312‧‧‧出口通道
313‧‧‧壓力腔室
314‧‧‧導液出口
32‧‧‧致動器
321‧‧‧承載件
322‧‧‧致動件
33a、33b‧‧‧閥片
331a、331b‧‧‧中央部
332a、332b‧‧‧連接部
333a、333b‧‧‧空隙
4a、4b‧‧‧閥開關
41‧‧‧保持件
411‧‧‧通孔
42‧‧‧密封件
421‧‧‧通孔
43‧‧‧位移件
431‧‧‧通孔
5‧‧‧微針貼片
51‧‧‧空心微針
52‧‧‧貼片區
6‧‧‧感測器
7‧‧‧驅動晶片
第1 圖為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之結構示意圖。 第2A 圖及第2B圖為本案之一較佳實施例中閥開關之作動示意圖。 第3圖為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之應用示意圖。 第4圖為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之元件電性連結關係之方塊示意圖。 第5A 圖及第5B圖為本案之一較佳實施例中人體胰島素注入之供液裝置之作動示意圖。 第6圖為本案之一較佳實施例中閥片層之結構示意圖。

Claims (15)

  1. 一種人體胰島素注入之供液裝置，包含： 一載體； 一儲液腔室，架構於該載體上，供儲存一胰島素液體，並具有一儲液出口； 一導流致動單元，架構於該載體上，具有一導液通道，連通該儲液腔室之該儲液出口，並連通一導液出口，使該導流致動單元驅動後傳輸該胰島素液體由該導液出口輸出； 複數個閥開關，該儲液出口及該導液出口各自設置一閥開關； 一微針貼片，貼附於該導流致動單元下方，並連通該導液出口，使該導液出口輸出該胰島素液體導入該微針貼片中，該微針貼片具有複數個空心微針，供微創插入人體皮膚導出該胰島素液體注入皮下組織中； 一感測器，架構設置於該載體上，以抵觸人體皮膚上，以監測汗液中血糖含量，並產生一監測數值；以及 一驅動晶片，以架構設置於該載體上，以控制該導流致動單元之致動、控制該複數閥開關之開關狀態以及接收該感測器之該監測數值判讀； 藉此，該微針貼片以該複數個空心微針微創插入人體皮膚上，且該感測器監測到人體皮膚流出汗液中之一特定血糖含量之該監測數值時，由該驅動晶片控制該導流致動單元致動，同時控制該儲液出口之該閥開關開啟、該導液出口之該閥開關開啟，以讓該儲液腔室儲存之該胰島素液體由該導液出口輸出，導入該微針貼片中，由該複數個空心微針導出注入該胰島素液體於皮下組織中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該導流致動單元之該導液通道設置在該載體內部，並包含一入口通道、一壓力腔室、一出口通道及該導液出口，該入口通道連通該儲液腔室之該儲液出口，該出口通道連通至該導液出口，且該入口通道及該出口通道相互隔開，並透過該壓力腔室連通，而該導流致動單元並設置有一致動器，該致動器封蓋該壓力腔室，以驅動壓縮該壓力腔室體積形成在該入口通道及該出口通道供輸該胰島素液體受擠壓流動。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該致動器包含有一承載件及一致動元件，該承載件封蓋該壓力腔室，且在一表面上貼附該致動元件，且該致動元件產生形變而連動該承載件產生形變共振，以壓縮該壓力腔室體積形成在該入口通道及該出口通道供輸該胰島素液體受擠壓流動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該致動元件為一壓電元件。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該入口通道、該出口通道中進一步設置一閥片及一凸部結構，以供該閥片頂觸該凸部結構產生一預力封閉作用，以控制該入口通道、該出口通道之開關狀態，藉以防止該胰島素液體逆流。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該驅動晶片包含有一石墨烯電池，以提供電源。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該複數個閥開關中每一者包含一保持件、一密封件及一位移件，其中該位移件設置於該保持件及該密封件之間，以及該保持件、該密封件及該位移件上分別具有複數個通孔，而該保持件及該位移件上複數個通孔位置為相互對準，且該密封件與該保持件之複數個通孔位置形成錯位不對準。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該位移件為一帶電荷之材料，而該保持件為一兩極性之導電材料，以令該位移件與該保持件維持不同極性，而朝該保持件靠近，構成該閥開關之開啟。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該位移件為一帶電荷之材料，而該保持件為一兩極性之導電材料，以令該位移件與該保持件維持相同極性，而朝該密封件靠近，構成該閥開關之關閉。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該位移件為一帶磁性之材料，而該保持件為一可受控變換極性之磁性材料，以令該位移件與該保持件維持不同極性，而朝該保持件靠近，構成該閥開關之開啟。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該位移件為一帶磁性之材料，而該保持件為一可受控變換極性之磁性材料，以令該位移件與該保持件維持相同極性，而朝該密封件靠近，構成該閥開關之關閉。
  12. 如申請專利範圍第8項至第11項之任一項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該保持件由該驅動晶片控制其極性。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該微針貼片之複數個空心微針中每一者具有內徑介於10微米至550微米，長度介於400微米至900微米。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該複數個空心微針以陣列方式排列，且該複數個空心微針中每一者相鄰之間距大於200微米。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之人體胰島素注入之供液裝置，其中該複數個空心微針以二氧化矽材料製成。
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