基于微针和超声促渗给药微系统的设计和分析

发布时间：2020-05-28 23:18

【摘要】：在医学实践中,药物治疗疗效既依赖于药物本身,也受给药方式的影响。传统的口服和注射给药的方式,虽然操作简单方便,但也存在着一定的问题。采用口服方式时,由于胃肠道的消化作用和肝脏的首过效应,药物分子容易被分解,造成药物疗效降低。而且服药后血药浓度变化较大,会影响药物疗效的持续性;采用注射方式,虽然能避免口服方式的副作用,使得药物疗效提高,但该方法需要专业人员操作,一旦处理方法不当,便容易引起出血和感染等问题。另外,对于患有针恐惧症的患者来说会造成精神上的折磨,甚至会引起昏厥,产生严重的后果。本论文提出的基于微针给药和超声波促渗的新型给药微系统,在给药过程中,可以避免或者消除上述问题。皮肤角质层的屏障作用在经皮给药过程中,限制了药物溶液透过皮肤渗透进入皮下组织。而采用微针技术,能有效地穿透角质层,并且在刺入的过程中也不会产生明显的疼痛和创伤。而在微针经皮给药的基础上采用超声波促渗,可以提高药物溶液在皮下组织中的渗透率和吸收率。此外,由于目前使用的超声药物介导装置,大都是大而笨重的设备,给药系统的小型化和微型化是一个亟待解决的问题,这对于构建方便、易携带的可穿戴超声治疗装置来说非常重要。本论文提出的基于微针和超声波促渗的新型微给药结构,该系统是由带有储药器的空心微针结构与MEMS电容式微超声传感器相结合组成的集成系统。其中,电容式微超声传感器主要用来将电能转换成超声能量,以促进药物分子在表皮层和真皮层的渗透与吸收。以往的超声波促渗方法,主要利用低频超声的空化效应,增加皮肤最外层角质层的渗透率,以促进药物透皮输送。本文应用基于MEMS技术的微针结构直接穿透角质层进入到表皮层和真皮层组织,超声波主要用来促进药物溶液在表皮层和真皮层组织中的渗透率与扩散速率,进而促进组织对药物溶液的快速吸收。在对超声促渗机理的分析基础上,建立了微针给药后药物溶液在皮下渗透过程的模型,分析了在渗透过程中影响渗透作用效果的因素,并对影响效果进行了分析。目前,超声促渗技术中,超声源设备庞大笨重,阻碍了该项技术的发展。本文提出采用微超声传感器作为发射源。对用于发射超声源的电容式微超声传感器进行了分析,通过静力分析和模态分析、坍塌电压分析,选取了模型的参数,并将分析结果与宏观理论模型进行对比分析,验证了模型参数选取的合理性。此外,在已有的空化气泡理论的基础上,对皮下组织超声促渗过程进行了简化,建立了超声空化气泡在组织液内的运动过程的数学物理模型。并引入相关参数,通过仿真分析,得到超声波频率和强度对皮下超声促渗效果的影响,确定适合进行促渗的超声频率和强度。最后,安排了经皮给药微系统的加工工艺流程并对其中的关键工艺进行了分析和讨论。
【图文】：

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械技术的不断发展，人们对于微针的研究不断深入。最固体结构。Lin 等人在 1993 年在硅衬底上用氮化硅制造在 1998 年用金属材料制造出了空心微针[42]。之后人们空心微针[43,44]。但大都是密度很小的同平面微针阵列。微针阵列的方法之后，人们加工出了各种异平面微针阵尖结构的研究，大都集中在圆柱形、锥形或者金字塔形肤组织时很容易被堵塞。为了避免并解决这些问题，，本有侧开口结构的异平面微针阵列。，是本论文所设计的结构中所采用的微针结构。该微针平面微针，采用双掩模技术制造出了锋利的微针针尖，锥形微针，本论文中所采用的在微针具有很多优点：容除此之外，侧开口技术在很大程度上减少了微针插入皮而通过刻蚀停止孔，能够很容易制造出不同长度的微针

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没有血管并且仅含有少量神经。而更深处的真皮层不仅包含经和血管。用微针阵列在角质层的下方注射药物不会引起疼，因为神经末梢在皮肤下更深处，而大量毛细血管的存在有到血管系统中。皮给药过程模型和近似限元分析法，将采用一维平板上理论模型，以模拟微针经皮递送过程中送过程。众所周知，生物系统由多孔毛细管体和多样、多相的中将皮肤组织处理成固体颗粒和水组成的多孔介质。在药物部分被组织细胞和毛细血管吸收，一部分药物填充到组织和里，我们认为该区域的组织是‘饱和组织’。'饱和组织'和'不快速移动的移动界面分开。在组织中，移动界面沿 x 方向前进
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318

【参考文献】