基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置及给药方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置和给药方法，装置中，金属多孔微针阵列一与医用生理电极的阳极通过焊接方式相连，金属多孔微针阵列二与医用生理电极的阴极通过焊接方式相连，金属多孔微针阵列一与金属多孔微针阵列二不相连，医用生理电极的阳极和阴极分别与可控脉冲电源对应相接，本发明利用微针阵列穿透皮肤破坏角质层的组织结构，随后通过金属多孔微针阵列的孔道为液体药物提供给药通道，最后在微针阵列两端通电，利用电场和电渗流的作用使药物渗透进入人体。
【专利说明】
基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置及给药方法
技术领域
[0001]本发明涉及生物医学工程技术领域，更具体的，涉及一种基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置及基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，科学技术水平的提高，医疗和健康问题受到越来越多的人的重视。在现阶段的治疗手段中，药剂治疗是最常见的治疗方式。它的治疗原理是通过一定的输运方式，将药物从体外转移到人体内后产生药效。
[0003]注射给药是药剂治疗中最为直接的给药方式，但是针剂注射给病人带来的痛苦会影响治疗的进行，同时注射给药无法达到缓释的效果，短时间内会造成血液药物浓度快速升高，药物利用率低，这就需要医生频繁给药治疗，这不仅影响了治疗的效率同时会造成患者更大的痛苦。
[0004]经皮给药具有突出的优势，不仅可以避免复杂的给药过程，而且药物在体内有很高的药物利用率。因为经皮给药是透过皮肤通过毛细血管吸收而进入人体循环的，所以它避免了胃肠道内酶对它的酶解以及肝脏的“首过效应”，通过控制经皮给药释放药物的速率，可以使药物在较长时间内以恒定的浓度存在血液中，在一定程度上降低了药物的副作用，增强了药效。因此，经皮给药现在受到很多国内外制剂学家的关注。
[0005]在经皮给药的过程中，由于角质层的阻碍作用，使得大部分药物很难直接渗透进入皮肤。因此克服角质的屏障作用是提高经皮给药速率的关键。用来克服角质层的屏障作用的技术成为经皮促透技术。目前常见的促透技术主要包括离子导入、超声导入法、磁场和电泳以及致孔技术，如电穿孔、热穿孔技术、微针致孔、激光导入技术等方法。微针致孔技术属于物理制孔技术，它通过微针对皮肤的穿刺作用，穿透表皮层的角质层破坏其结构，但不会穿透到真皮层的组织以及神经。因此有着微痛、伤口好愈合，破坏程度小等优点。同时制作工艺相对简单，有低成本大批量生产的潜力，所以微针致孔技术的发展前景十分可观。
[0006]虽然微针阵列经皮给药技术有着很好的前景，但是微针阵列经皮给药技术依旧不成熟，这是由微针阵列的制造工艺和结构本身决定的。常见的微针阵列可以分为实心针和空心针，实心针具有良好的的力学性能，可以进行皮肤的穿刺，但是由于本身结构的限制，在给药过程中需要穿刺之后涂抹药物进行给药，不仅操作复杂而且给药速率不可控。空心针可以进行微针注射给药，但是力学性能略显不足。近几年，可降解微针概念的提出又给经皮给药提出了新的思路，可降解微针在给药过程中可以自主降解同时可以装载更多的药物，但是力学性能的不足和不可控的药物控释速率仍然是现阶段科研人员需要克服的难题。
【发明内容】
[0007]本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置及经皮电渗给药方法。本发明所采用的金属多孔微针阵列具有多孔结构，为液体药物提供储存空间和给药通道；同时金属多孔微针阵列具有良好的力学性能和机械强度，保证金属多孔微针阵列的形貌在给药过程中不发生明显变化；由于选取的材料是生物相容性良好的金属材料，因此在皮肤穿刺过程中不会给人体造成免疫排斥反应;最后利用可控脉冲电源，对金属多孔微针阵列两端进行通电，通过调节电流的大小，对给药速率进行控制，达到控释的效果。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0009]基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置，包括两个金属多孔微针阵列、医用生理电极和可控脉冲电源，金属多孔微针阵列一与所述医用生理电极的阳极通过焊接方式相连，金属多孔微针阵列二与所述医用生理电极的阴极通过焊接方式相连，所述金属多孔微针阵列一与所述金属多孔微针阵列二不相连，所述医用生理电极的阳极和阴极分别与所述可控脉冲电源对应相接。
[0010]本发明利用金属微针阵列的孔道和导电特性可以对药物同时进行微针阵列经皮电渗给药，操作简单，简化了给药步骤，通过调节可控脉冲电源的电流参数可以对给药速率进行调控，使经皮电渗给药具有可控性。同时微针阵列的孔洞可以为液体药物提供药物驻库，较大的孔径可以让大分子药物顺利通过，使微针阵列经皮给药具有更高的效率。最后整个装置具有良好的生物相容性，在给药过程中不会给人体造成过多伤害，穿刺部位可以在短时间内进行自愈。
[0011]金属多孔微针阵列通过金属烧结的方式形成，选择生物相容性好的金属作为微针阵列的原材料，避免微针阵列在于皮肤的接触过程中产生免疫排斥反应，优选的，金属多孔微针阵列材料可以为钛合金。
[0012]金属多孔微针阵列形状大小由倒模微针阵列的尺寸决定。为了保证金属多孔微针阵列既可以穿刺进入皮肤组织，又可以不会给人带来更大伤害，同时多孔结构又为药物提供给药途径，金属多孔微针阵列的基底厚度为3?15mm，微针高度为300?600um，针尖高度为30?80um，针与针之间的距离为2?5mm。
[0013]医用生理电极的材料为银或者氯化银，医用生理电极的形状为方形或者圆形。
[0014]可控脉冲电源的电流信号为脉冲信号，电流强度为0.5 m A，波形为方波，频率为50HZ，通电时间为lOmin。
[0015]本发明还提供一种基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药方法，金属多孔微针阵列一与医用生理电极的阳极通过焊接方式相连，金属多孔微针阵列二与医用生理电极的阴极通过焊接方式相连，所述金属多孔微针阵列一与所述金属多孔微针阵列二不相连，所述医用生理电极的阳极和阴极分别与可控脉冲电源对应相接，所述金属多孔微针阵列的针尖预存液体药物，在采用注射器逐滴将液体药物滴入所述金属多孔微针阵列的基底背面的过程中，所述可控脉冲电源启动，进行电渗给药，在给药过程中调节所述可控脉冲电源的电流参数对给药速率进行调控。
[0016]本发明基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药方法，利用金属多孔微针阵列的孔洞储存液体药物，并在给药过程为其提供给药通道，在整个过程中保证药物稳定可持续的进入体内。同时利用可控脉冲电源控制微针阵列针尖电压，进而控制给药的速率，使治疗过程变得更加高效。该方法给药速率可控，给药量可以根据治疗需求调节，对人体不会造成过多伤害。
[0017]为了使电渗给药过程可以高效进行，可控电源产生的信号选择脉冲信号，由于皮肤角质层在电渗给药过程中会发生极化现象，因此脉冲信号可以提高给药速率，信号的频率波形和占空比可以根据药物的具体情况进行微调。
[0018]同时，在穿刺过程中针尖与皮肤表面保持垂直，这样可以保证微针在整个过程中不会发生断裂而嵌入皮肤表面，保证安全性。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置的结构示意图；
[0020]图2为实施例1金属多孔微针阵列的截面示意图；
[0021]图3为实施例1金属多孔微针阵列的俯视图；
[0022]图4为实施例1经皮电渗给药过程的示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制;为了更好地说明本发明的实施例，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。
[0024]本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此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，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0025]实施例1
[0026]如图1所示，本实施例的基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置包括金属多孔微针阵列一 1、金属多孔微针阵列二 2、医用生理电极3和可控脉冲电源4。金属多孔微针阵列一 I和金属多孔微针阵列二 2互不相连，医用生理电极3的材料为银，形状为长宽高为1:
0.5:0.45cm的立方体，金属多孔微针阵列一 I通过焊接方式与医用生理电极3的阴极相连，金属多孔微针阵列二 2通过焊接方式与医用生理电极3的阳极相连，医用生理电极3的阳极和阴极分别与可控脉冲电源4对应相接。
[0027]如图2所示的是金属多孔微针阵列的截面示意图。本实例所选取的金属多孔微针阵列基底5的厚度为1.5cm，微针6的针尖高度为500um，针尖底部直径为200um，针与针之间的距离为1mm。微针阵列孔隙率为15%，平均孔径大小为lOOum。以上设定是为了保证金属多孔微针阵列既可以穿刺进入皮肤组织，又可以不会给人带来更大伤害，同时多孔结构又为药物提供给药途径。最后该微针阵列是由钛合金微米颗粒烧结而成。钛合金具有良好的生物相容性，在穿刺过程中不会引起皮肤的免疫排斥反应。
[0028]如图3所示的是金属多孔微针阵列的俯视图，金属多孔微针阵列为1X10的正方形阵列，行列之间的间距为1mm，整个基底为1.5X1.5cm的正方形，这个间距下既可以保证穿刺的成功率，又可以避免针与针之间在穿刺过程中的影响。
[0029]需要说明的是，本文所述的金属多孔微针阵列一和金属多孔微针阵列二是两个一样的金属多孔微针阵列，本文所述的金属多孔微针阵列是金属多孔微针阵列一和金属多孔微针阵列二的统称。
[0030]图4所示的是基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药方法的示意图，本实施例中的经皮电渗给药方法采用的装置如图1、图2和图3所示。
[0031 ]本实施例中的经皮电渗给药方法具体的操作步骤如下:
[0032]a.选取皮肤组织表面某一区域作为经皮给药区，对其进行消毒处理。
[0033]b.将液体药物滴入金属多孔微针阵列的针尖中，使得针尖中预存液体药物，当液体药物渗入金属多孔微针阵列后，将金属多孔微针阵列按压到皮肤组织表面，待金属多孔微针阵列穿刺进入后用医用胶布将其固定。
[0034]c.用注射器吸取液体药物，并逐滴将液体药物滴入金属多孔微针阵列的基底背面，打开可控脉冲电源，进行电渗给药，在给药过程中调节电源的电流参数对给药速率进行调控，在本实施例中，设定电流信号为脉冲信号，电流强度为0.5mA，波形为方波，频率为50HZ，通电时间为lOmin。
[0035]d.给药结束后，取出金属多孔微针阵列，并在皮肤表面给药的区域用医用酒精进行消毒处理。
[0036]本实施例中的经皮电渗给药方法包括了三种给药过程，第一种是储存在孔洞中的药物在微针穿刺过皮肤后扩散到皮肤组织，第二种为随着液体药物滴定，药物通过微针阵列的通孔从基底位置沿着针尖进入皮肤内，第三种是在通电之后，药物受到磁场和电渗流的作用，快速进入人体内。三种方法结合在一起，不仅效率高，而且给药速率可以调控。
[0037]实施例二
[0038]本实施例操作方法与与实施例一类似，所不同之处在于，本实施例中选用的金属多孔微针阵列孔隙率为10%，微针阵列排布为每行7个共7行。
[0039]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。
【主权项】
1.基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药装置，其特征在于，包括两个金属多孔微针阵列、医用生理电极和可控脉冲电源，金属多孔微针阵列一与所述医用生理电极的阳极通过焊接方式相连，金属多孔微针阵列二与所述医用生理电极的阴极通过焊接方式相连，所述金属多孔微针阵列一与所述金属多孔微针阵列二不相连，所述医用生理电极的阳极和阴极分别与所述可控脉冲电源对应相接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属多孔微针阵列通过金属烧结的方式形成，所述金属多孔微针阵列形状大小由倒模微针阵列的尺寸决定。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述金属多孔微针阵列材料为钛合金。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述金属多孔微针阵列的基底厚度为3?15mm，微针高度为300?600um，针尖高度为30?80um，针与针之间的距离为2?5mm。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述医用生理电极的材料为银或者氯化银，所述医用生理电极的形状为方形或者圆形。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述可控脉冲电源的电流信号为脉冲信号，电流强度为0.5mA，波形为方波，频率为50HZ，通电时间为1min。7.一种基于金属多孔微针阵列的经皮电渗给药方法，其特征在于，金属多孔微针阵列一与医用生理电极的阳极通过焊接方式相连，金属多孔微针阵列二与医用生理电极的阴极通过焊接方式相连，所述金属多孔微针阵列一与所述金属多孔微针阵列二不相连，所述医用生理电极的阳极和阴极分别与可控脉冲电源对应相接， 所述金属多孔微针阵列的针尖预存液体药物，在采用注射器逐滴将液体药物滴入所述金属多孔微针阵列的基底背面的过程中，所述可控脉冲电源启动，进行电渗给药，在给药过程中调节所述可控脉冲电源的电流参数对给药速率进行调控。8.根据权利要求7所述的给药方法，其特征在于，所述可控脉冲电源提供脉冲电流，调节脉冲电流的波形、频率以及占空比对给药速率进行调控。9.根据权利要求8所述的给药方法，其特征在于，所述金属多孔微针阵列如权利要求2至4所述，所述医用生理电极如权利要求5所述，所述可控脉冲电源如权利要求6所述。
【文档编号】A61M37/00GK106063971SQ201610353146
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年5月24日 公开号201610353146.3, CN 106063971 A, CN 106063971A, CN 201610353146, CN-A-106063971, CN106063971 A, CN106063971A, CN201610353146, CN201610353146.3
【发明人】蒋乐伦, 李冀豫, 宋振华
【申请人】中山大学