CN109011130A - 一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置。它包括储存离子药物的储药囊、纳米微针阵列模块、供电模块、发光模块、单片机控制模块和计时显示模块。该装置结合微针阵列，光电共同驱动药物输送，有利于提高药物输送效率。经动物实验和拉曼光谱检测分析，表明该装置在小鼠实验具有对离子药物经皮输送功能。该装置在组织局部治疗、药物供给可控方面可以有效应用。

Description

一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置
技术领域
本发明涉及一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，基于单片机的控制模块用于控制正负电极上储药囊中的离子药物依附纳米针和光电透过皮肤进入人体组织。
背景技术
经皮给药是指通过皮肤以一定的速率来输送药物，经由毛细血管的深入从而进入体循环来达到药效的过程。经皮给药比于传统的给药方法有许多优点：规避了肝脏的“首过效应”及胃肠道对药物的影响，能降低体内血药浓度的峰谷效应，保证持续且稳定的的血药浓度，这样可以提高给药效率；控制组织局部治疗等。但是，因为皮肤（尤其是角质层，最厚处有10~25μm）会对药物的进入产生阻碍，有些药物即使其疗效高，透过量也无法达到治疗的效果，这变成了透皮给药制剂的一大屏障与困难。如今，离子导入给药***可以使药物的使用范围增多，尤其为蛋白质类与多肽类药物。并且此***通过电场的介入，可以随时开、关以及改变电流通过量，使离子药物导入的快速发生和停止成为了可能，此外还可灵活地控制和改变药物的导入速率和给药的多少。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，包括传统药物治疗的副作用影响、效果缓慢以及药量供给不可控等问题，提供一种纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，降低药物对人体其它部位的副作用，提高药物的导入速率。
为达到上述目的，本发明的构思如下：
离子导入技术将离子药物通直流电经电极进入皮肤组织或体循环。皮肤可以看作是具有等值电量的环路***。电源、控制线路、发光LED，电极和储药囊个部分构成给药***。具体为一对正负电极，包含两个储药囊，其中一个放入需导入的药物，另一个放入例如氯化钠的和生理相容的盐类。正离子药物需放在正极储药囊，负离子药物放在负极储药囊。将距离接近的一对电极放在皮肤上，电极之间产生的电流趋动离子药物依附纳米针进入人体组织。发光LED放置在电极附近，光促进血液循环和药物输送。
根据上述构思，本发明采用下述技术方案：
一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，包括储存离子药物的储药囊，新型纳米微针阵列模块，供电电源模块和发光模块，单片机控制模块和计时显示模块。其特征在于：储药囊位于供给药物的供电正负极处，电极经导线与供电电源模块（3）连接，正离子药物需放在正极储药囊，负离子药物需放在负极储药囊。电极外粘结有海绵层，海绵层外粘结有新型纳米微针阵列模块，用于药物的微针输送，供电模块的正负电极协同微针输送药物，发光模块发出的光驱动药物输送，即微针阵列模块（2）、供电模块和发光模块共同驱动药物输送，电极之间产生的电流趋动离子药物离开电极进入皮肤，发光模块的光产生组织作用和热效应均有利于使离子药物依附纳米针释放入人体组织中。单片机控制模块控制供电模块、发光模块及计时显示模块，显示模块可以显示药物输送的次数和时间，显示模块与单片机控制模块通过多根导线连接，面板上有按钮连接于单片机控制模块，用于药物输送的启动和停止控制。
所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，该装置主要有发光、供电电极和微针阵列多方位作用药物输送，提高药物的导入效率。
所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，该装置采用的单片机控制模块包含了计时显示等功能，主要是用于控制药物供给的电极供电及发光通断，及药物输送信息记录。
所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，发光模块，主要有LED或OLED发光二极管组成。
所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，采用的新型纳米微针阵列为吸附药物薄膜上有纳米或微米级的微针阵列，用于药物的透皮输送。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
（1）装置采用的药物供给方法即光电结合的方式离子药物导入技术区别与传统的药物供给最明显的特点就是最大限度的降低药物对人体其他部位的副作用，并减少了药物在人体循环中的损耗。并且离子药物供给方式治疗效果迅速，对人体表皮组织的局部针对性更强。
（2）发明中设计的装置具有控制功能，可以对药物供给的时间、剂量、速度等加以控制。并且装置设计得更轻便，便于携带，也使患者在接收治疗的过程更加舒适。
（3）装置在电极接触人体皮肤处加上了纳米微针阵列，纳米针可以在人体无痛的情况将离子药物输送到人体组织中，相对于药物自主渗透效果更佳。
附图说明
图1 本发明装置机械结构框图。
图2是本发明装置中基于单片机的控制电路原理图（相同的词表示连接，如COM1与COM1表示连接）。
图3是设计的控制电路的PCB电路板照片图。
图4是利用3D打印机制成的装置外壳照片图。
图5是设计采用的纳米微针阵列照片图。
图6是利用小鼠表皮的表面增强拉曼光谱分析验证效果的示意图。
图7小鼠透皮输送药物实验照片图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
参见图1，本实施例基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，包括储存离子药物的储药囊（1），纳米微针阵列模块（2），供电模块（3）和发光模块（4），单片机控制模块（5）和计时显示模块（6）。其特征在于：所述储药囊（1）位于供给药物的两个正负电极（7）处，该两个供电正负极（7）通过电极经导线（9）与供电模块（3）连接，正离子药物需放在正极储药囊（1）内，负离子药物需放在负极储药囊（1）内。正负电极（7）外粘结有海绵层（8），海绵层（8）外粘结有纳米微针阵列模块（2），用于药物的微针输送，供电的正负电极（7）协同纳米微针阵列模块（2）输送药物，发光模块（4）发出的光驱动药物输送，即纳米微针阵列模块（2）、供电模块（3）和发光模块（4）共同驱动药物输送，正负电极（7）之间产生的电流驱动离子药物离开电极进入皮肤，发光模块（4）的光产生组织作用和热效应均有利于使离子药物依附纳米微针释放入人体组织中；单片机控制模块（5）连接控制供电模块（3）、发光模块（4）及计时显示模块（6），显示模块（6）显示药物输送的次数和时间，显示模块（6）与单片机控制模块（5）通过多根导线（10）连接，面板上有按钮（11）连接于单片机控制模块（5），用于药物输送的启动和停止控制。
实施例二：
本实施例与实验例一基本相同，其特别之处如下：所述发光模块（4）、正负电极（7）和纳米微针阵列模块（2）的多方位作用药物输送，提高药物的导入效率。所述单片机控制模块（5）包含了计时显示功能，主要是用于控制药物供给的正负电极（7）供电及发光通断，及药物输送信息记录。所述发光模块（4），主要由LED或OLED发光二极管组成。所述纳米微针阵列（2）为吸附药物薄膜上有纳米或微米级的微针阵列，用于药物的透皮输送。
实施例三：
如图1~7所示，本实施例涉及一种纳米针离子药物经皮供给可控装置及其效果验证。装置中的基于单片机的控制模块包含了计时显示等功能，主要是用于供给药物正负极的供电控制，正负电极具体是作为两个储药囊，正离子药物需放在正极储药囊，负离子药物需放在负极储药囊，将距离接近的一对电极放在皮肤上，电极之间产生的电流趋动离子药物离开电极进入皮肤。而接触皮肤的电极即储药囊的外表面采用新型纳米微针阵列的设计，可以更好地使离子药物依附纳米针释放入人体组织中。电极周边贴附有OLED发光管，最后基于拉曼光谱的方法检测了成品装置在小鼠身上对药物的透过性。
实施例四：
如图1~3所示，一种纳米针离子药物经皮供给可控装置的研制中，所述的基于单片机的控制电路包括单片机STC15W201S，数码管LN3261AS，47μF电容，0.1μF电容，AMS1117稳压器，两节CR2032纽扣电池，开关按键一个，10KΩ电阻以及场效应管ST2306。两节CR2032纽扣电池并联组成电源组用于控制的电路的供电，电池BT1的正极连接AMS1117稳压器的Vin输入端，AMS1117稳压器的GND端接地，AMS1117稳压器的Vout输出端连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地，AMS1117稳压器的Vout输出端还连接着电容C2的一端，电容C2的另一端接地；AMS1117稳压器的Vout输出端还连接着单片机STC15W201S的VCC端，同时单片机STC15W201S的GND端接地；单片机STC15W201S的P3.3/INT1端连接开关按键S1的一端，开关按键S1的另一端接地；单片机STC15W201S的P3.2/INT0端连接着电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，单片机STC15W201S的P3.2/INT0端还连接着场效应管ST2306的基极，场效应管ST2306的发射极直接接地，即电阻R2的两端分别连接场效应管ST2306的基极和发射极，场效应管ST2306的集电极连接负电极端口；单片机STC15W201S的P1.2/T0/CMPO端口连接数码管LN3261AS的10号COM1端口，单片机STC15W201S的P1.1端口连接数码管LN3261AS的5号COM2端口，单片机STC15W201S的P3.7/INT3/TXD_2端口连接数码管LN3261AS的3号A端口，单片机STC15W201S的P1.3端口连接数码管LN3261AS的6号B端口，单片机STC15W201S的P1.4/T0/CLKO端口连接数码管LN3261AS的8号C端口，单片机STC15W201S的P1.5端口连接数码管LN3261AS的9号D端口，单片机STC15W201S的P5.4/RST/MCLKO/CMP-端口连接数码管LN3261AS的7号E端口，单片机STC15W201S的P1.0/RST/OUT_LOW端口连接数码管LN3261AS的4号F端口，单片机STC15W201S的P3.6/INT2/RXD_2端口连接数码管LN3261AS的1号G端口。上述实施方式中的单片机STC15W201S是由TI公司生产的，其工作电压为2.4-5.5V。
图3是由上述所设计的控制电路原理图设计成的PCB电路板。
实施例五：
如图4所示，本实施例涉及的一种纳米针离子药物经皮供给可控装置，所述的装置外壳部分首先基于3ds Max的模型制作，设计时考虑控制电路PCB电路板的大小以及正负电极的距离，包括模型外壳以及底座两部分；模型设计好后利用Cura软件进行模型参数的调整；最后利用3D打印技术打印出装置的外壳，采用的是极光尔沃商用3D打印机。
实施例六：
如图5所示，本实施例涉及的一种纳米针离子药物经皮供给可控装置，所述的装置在正负电极接触人体表皮的储药囊外表面采用了纳米微针阵列设计，纳米级的针头可以在人体感觉不到疼痛的过程中将离子药物输送到人体组织中。
实施例七：
如图6和图7所示，本实施例涉及的一种纳米针离子药物经皮供给可控装置，拉曼光谱是由被测物体的分子改变入射的频率而产生的非弹性散现象所形成的光谱，通过被测物质拉曼光谱能够反映其分子中所含的化学键和基团，从而获得被测物质的分子成信息，用于判断和区在分子水平上的变化和差异。a为0.12g/ml青霉素钠溶液的表面增强拉曼光谱；b为离子导入后的小鼠皮肤内表面的表面增强拉曼光谱；c为被动吸收后的小鼠内表面的表面增强拉曼光谱。分析结果表明，离子导入后检测出了青霉素钠分子的存在，而被动扩散的小鼠内表皮中无法明显地检测到有药物或者说只有微量的药物存在，证明离子导入对青霉素钠有促渗作用。从而验证了装置的可用性。
上述实施中所用的拉曼光谱仪为日本的堀场（HORIIBA）公司的共焦显微拉曼光谱仪。

Claims (5)

1.一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，包括储存离子药物的储药囊（1），纳米微针阵列模块（2），供电模块（3）和发光模块（4），单片机控制模块（5）和计时显示模块（6），其特征在于：所述储药囊（1）位于供给药物的两个正负电极（7）处，该两个供电正负极（7）通过电极经导线（9）与供电模块（3）连接，正离子药物需放在正极储药囊（1）内，负离子药物需放在负极储药囊（1）内，正负电极（7）外粘结有海绵层（8），海绵层（8）外粘结有纳米微针阵列模块（2），用于药物的微针输送，供电的正负电极（7）协同纳米微针阵列模块（2）输送药物，发光模块（4）发出的光驱动药物输送，即纳米微针阵列模块（2）、供电模块（3）和发光模块（4）共同驱动药物输送，正负电极（7）之间产生的电流驱动离子药物离开电极进入皮肤，发光模块（4）的光产生组织作用和热效应均有利于使离子药物依附纳米微针释放入人体组织中；单片机控制模块（5）连接控制供电模块（3）、发光模块（4）及计时显示模块（6），显示模块（6）显示药物输送的次数和时间，显示模块（6）与单片机控制模块（5）通过多根导线（10）连接，面板上有按钮（11）连接于单片机控制模块（5），用于药物输送的启动和停止控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，其特征在于：所述发光模块（4）、正负电极（7）和纳米微针阵列模块（2）的多方位作用药物输送，提高药物的导入效率。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，其特征在于：所述单片机控制模块（5）包含了计时显示功能，主要是用于控制药物供给的正负电极（7）供电及发光通断，及药物输送信息记录。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，其特征在于：所述发光模块（4），主要由LED或OLED发光二极管组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳米针的经皮光电驱动离子药物输送装置，其特征在于：所述纳米微针阵列（2）为吸附药物薄膜上有纳米或微米级的微针阵列，用于药物的透皮输送。
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