一种基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置

1.本发明涉及微针给药技术领域，特别是涉及一种基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置。


背景技术：

2.类风湿性关节炎是常见的慢性自身免疫疾病，其症状主要有管节疼痛、僵硬和肿胀等。目前，类风湿性关节炎的治疗方法有物理治疗、药物治疗和手术。
3.一、物理治疗方法包括理疗、温热敷和针灸等，这些都需要患者前往医院由专业人员实施操作，治疗不方便且效果有限。二、药物治疗通常使用抗炎症药物和免疫抑制剂等，这类药物具有一定副作用，且需长期服用，会造成肝损伤、胃肠道出血和感染等。并且，这些药物还可能导致免疫系统的抑制，从而增加患者感染的风险。无论是口服药物，还是局部外用药膏和注射治疗，均存在药物吸收不均匀、治疗效果不稳定等问题。三、手术治疗有关节置换和关节切换等，这些方法需患者承担较高的手术风险和费用，康复期的时间过长。
4.随着微针技术的不断发展，微针透皮给药成为一种新型的治疗方式，但市面上常见的可溶性微针作为药物输送工具，经常出现药物失活、输送剂量不足的情况，且被动扩散的药物运输方式阻碍了药物向炎症组织的深层递送，药物的吸收效率低和输送精度差。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，以解决常见的可溶性微针经常出现药物失活、输送剂量不足的情况，且被动扩散的药物运输方式阻碍了药物向炎症组织的深层递送，药物的吸收效率低和输送精度差的问题。
6.本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的技术方案为：
7.基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置包括依次叠层设置的按压微针结构、弹性圈、电极片和防渗圈结构，所述按压微针结构安装于所述电极片的一侧，所述防渗圈结构安装于所述电极片的另一侧；
8.所述按压微针结构朝向所述电极片的侧面设置有多个微针，所述电极片对应开设有多个通孔，所述通孔与所述微针间隙配合，所述弹性圈安装于所述按压微针结构和所述电极片之间；
9.所述防渗圈结构包括外圈边和分隔条，所述分隔条固定连接于所述外圈边的内侧，所述外圈边的内部形成有多个容置区，所述容置区分别可拆安装有导电水凝胶，所述导电水凝胶中储存有药物成分；
10.在按压给药时，所述弹性圈被压缩，以供所述微针贯穿所述导电水凝胶且穿刺至患处皮肤上；在压力移除时，所述弹性圈回弹以使所述微针复位；所述电极片还电性连接有电路板，所述导电水凝胶与电极片导电接触，以对患处皮肤传递刺激电流。
11.作为进一步的优选方案，所述防渗圈结构的轮廓形状为圆形，多个所述容置区关
于所述防渗圈结构的中心呈周向间隔分布。
12.作为进一步的优选方案，所述防渗圈结构还包括中心圈，所述中心圈与所述外圈边同心布置，所述中心圈的内部构成中心容置区；
13.所述中心圈和所述外圈边之间形成环形区域，所述环形区域内间隔均匀布置有多个所述分隔条，相邻两个所述分隔条之间构成周向容置区。
14.作为进一步的优选方案，所述分隔条设置有四个，四个所述分隔条呈90
°
圆心角间隔分布，所述分隔条与所述中心圈之间、所述分隔条与所述外圈边之间均设有圆角部，四个所述周向容置区的轮廓形状均为弧形腰孔状。
15.作为进一步的优选方案，所述电极片对应所述防渗圈结构的侧面设置有正极导电部和负极导电部，所述正极导电部与对应的所述容置区的导电水凝胶接触配合，所述负极导电部与对应的所述容置区的导电水凝胶接触配合；
16.所述导电水凝胶含有带正电的纳米粒子，以通过静电作用吸附带负电的药物分子进行储存药物，并在负极作用下，使药物分子因电荷互斥而被排出，以提高药物递送效率。
17.作为进一步的优选方案，所述按压微针结构还包括按压板，所述按压板与所述电极片平行间隔设置，多个所述微针间隔分布在所述按压板的侧面中部，所述弹性圈围绕设置在所述按压板的侧面边缘处。
18.作为进一步的优选方案，所述电路板设置于所述电极片的外侧，所述电路板集成有蓝牙模块，所述蓝牙模块用于与手机通信连接。
19.作为进一步的优选方案，多个所述微针均采用3d打印成型。
20.作为进一步的优选方案，所述防渗圈结构采用绝缘材料制成。
21.作为进一步的优选方案，所述导电水凝胶中的药物成分包括甲氨蝶呤和/或布洛芬，所述甲氨蝶呤和布洛芬均为带负电的药物分子，所述甲氨蝶呤用于类风湿病的抗炎治疗，所述布洛芬用于疼痛症状的缓解。
22.有益效果：该基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置采用了按压微针结构、弹性圈、电极片、防渗圈结构和导电水凝胶的设计形式，按压微针结构、弹性圈、电极片和防渗圈结构为依次叠层设置。其中，按压微针结构位于电极片的一侧，防渗圈结构位于电极片的另一侧，弹性圈安装在按压微针结构和电极片之间，按压微针结构的多个微针经过电极片的通孔可贯穿至另一侧，通过对按压微针结构施加压力，使微针发生穿刺动作，或者，移除压力后能使微针自动退回。
23.并且，在防渗圈结构的多个容置区中分别可拆安装有导电水凝胶，当患者穿戴固定好该装置后，按压微针结构朝上且导电水凝胶贴合患者皮肤，通过对按压微针结构施加压力，可压缩弹性圈的厚度，并带动微针贯穿导电水凝胶进而穿刺至患处皮肤上。由于微针的直径尺寸为微米级，微针可在皮肤表面形成微通道，穿刺过程是微创且无痛的，接着在弹性圈的作用下带动微针自动复位。
24.按压穿刺后，电路板根据控制信号产生电流，电极片将电流传递至导电水凝胶上，刺激导电水凝胶释放出药物成分，药物成分经过皮肤微通道快速、高效地渗透至组织炎症部位；电路板可输出方波信号，低频电刺激进行物理止痛，模拟理疗，起到了消炎镇痛的治疗作用。相比于常见的可溶性微针，药物在微通道形成之后即可直接渗透，避免了药物附着在微针上容易失活和输送剂量不足的情况，而且，主动扩散的药物运输方式加快了药物向
炎症组织的深层递送，提高了药物的吸收效率和输送精度。
附图说明
25.图1为本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例中多区域透皮给药可穿戴装置的立体分解图；
26.图2为本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例中按压微针结构的立体示意图；
27.图3为本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例中电控释放药物的体外测试图；
28.图4为本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例中电路板的立体示意图；
29.图5为本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例中电路板的俯视示意图；
30.图6为本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例中电路板的仰视示意图；
31.图7为本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例中多区域透皮给药可穿戴装置的控制流程图。
32.图中：1-按压微针结构、10-按压板、11-微针、2-弹性圈、3-电极片、30-通孔、4-防渗圈结构、40-外圈边、41-分隔条、42-中心圈、43-中心容置区、44-周向容置区、5-导电水凝胶；
33.6-电路板、60-蓝牙广播与信号接收模块、61-降压模块、62-充电模块、63-升压模块、64-恒流源模块、65-直流信号大小控制模块、66-方波信号模块、67-输出模式控制模块、68-i/o控制模块、69-蓝牙模块。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
35.本发明的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置的具体实施例1，如图1至图7所示，基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置包括依次叠层设置的按压微针结构1、弹性圈2、电极片3和防渗圈结构4，按压微针结构1安装于电极片3的一侧，防渗圈结构4安装于电极片3的另一侧；按压微针结构1朝向电极片3的侧面设置有多个微针11，电极片3对应开设有多个通孔30，通孔30与微针11间隙配合，弹性圈2安装于按压微针结构1和电极片3之间。
36.防渗圈结构4包括外圈边40和分隔条41，分隔条41固定连接于外圈边40的内侧，外圈边40的内部形成有多个容置区，容置区分别可拆安装有导电水凝胶5，导电水凝胶5中储存有药物成分；在按压给药时，弹性圈2被压缩，以供微针11贯穿导电水凝胶5且穿刺至患处皮肤上；在压力移除时，弹性圈2回弹以使微针11复位；电极片3还电性连接有电路板(图中未示出)，导电水凝胶5与电极片3导电接触，以对患处皮肤传递刺激电流。
37.该基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置采用了按压微针结构1、弹性圈
2、电极片3、防渗圈结构4和导电水凝胶5的设计形式，按压微针结构1、弹性圈2、电极片3和防渗圈结构4为依次叠层设置。其中，按压微针结构1位于电极片3的一侧，防渗圈结构4位于电极片3的另一侧，弹性圈2安装在按压微针结构1和电极片3之间，按压微针结构1的多个微针11经过电极片3的通孔30可贯穿至另一侧，通过对按压微针结构1施加压力，使微针11发生穿刺动作，或者，移除压力后能使微针11自动退回。
38.并且，在防渗圈结构4的多个容置区中分别可拆安装有导电水凝胶5，当患者穿戴固定好该装置后，按压微针结构11朝上且导电水凝胶5贴合患者皮肤，通过对按压微针结构1施加压力，可压缩弹性圈2的厚度，并带动微针11贯穿导电水凝胶5进而穿刺至患处皮肤上。由于微针11的直径尺寸为微米级，微针11可在皮肤表面形成微通道，穿刺过程是微创且无痛的，接着在弹性圈2的作用下带动微针11自动复位。
39.按压穿刺后，电路板根据控制信号产生电流，电极片3将电流传递至导电水凝胶5上，刺激导电水凝胶5释放出药物成分，药物成分经过皮肤微通道快速、高效地渗透至组织炎症部位；电路板可输出方波信号，低频电刺激进行物理止痛，模拟理疗，起到了消炎镇痛的治疗作用。相比于常见的可溶性微针，药物在微通道形成之后即可直接渗透，避免了药物附着在微针上容易失活和输送剂量不足的情况，而且，主动扩散的药物运输方式加快了药物向炎症组织的深层递送，提高了药物的吸收效率和输送精度。
40.在本实施例中，防渗圈结构4的轮廓形状为圆形，多个容置区关于防渗圈结构4的中心呈周向间隔分布。具体的，防渗圈结构4还包括中心圈42，中心圈42与外圈边40同心布置，中心圈42的内部构成中心容置区43；中心圈42和外圈边40之间形成环形区域，环形区域内间隔均匀布置有多个分隔条41，相邻两个分隔条之间构成周向容置区44。将防渗圈结构4划分为中心容置区43和多个周向容置区44，各个容置区可安装含有不同药物成分的导电水凝胶5，可输送更多种类的药物成分，保证了对类风湿性关节炎的治疗效果。
41.作为进一步的优选方案，分隔条41设置有四个，四个分隔条41呈90
°
圆心角间隔分布，分隔条41与中心圈42之间、分隔条41与外圈边40之间均设有圆角部，四个周向容置区44的轮廓形状均为弧形腰孔状。弧形腰孔状的周向容置区44与导电水凝胶5的外形匹配度高，便于将导电水凝胶5准确安装到位，保证了导电水凝胶5与皮肤表面充分接触。
42.并且，电极片3对应防渗圈结构4的侧面设置有正极导电部和负极导电部，正极导电部与对应的容置区的导电水凝胶5接触配合，负极导电部与对应的容置区的导电水凝胶5接触配合；导电水凝胶含有带正电的纳米粒子，以通过静电作用吸附带负电的药物分子进行储存药物，并在负极作用下，使药物分子因电荷互斥而被排出，以提高药物递送效率。
43.选取其中一个容置区作为正极区，另一个容置区作为负极区，正极区的导电水凝胶5与电极片3的正极导电部对应，负极区的导电水凝胶5与电极片3的负极导电部对应，选取另外三个区域，作为药物输送区，药物输送区的导电水凝胶中的药物成分包括甲氨蝶呤和/或布洛芬，甲氨蝶呤和布洛芬均为带负电的药物分子，甲氨蝶呤用于类风湿病的抗炎治疗，布洛芬用于疼痛症状的缓解，可对患处进行药物消炎治疗。
44.可调整电路板输出的电流类型，例如：输入低频电刺激通过正极区的导电水凝胶5和负极区的导电水凝胶5对局部患处进行止痛。结合了物理治疗和药物治疗两种方式，可对类风湿性关节炎起到联合治疗的效果。
45.其中，电路板6包括基板，以及安装于基板上的蓝牙广播与信号接收模块60、降压
模块61、充电模块62、升压模块63、恒流源模块64、直流信号大小控制模块65、方波信号模块66、输出模式控制模块67、i/o控制模块68、蓝牙模块69。如图4至图7所示，其控制流程为电源模块对各个模块供电，通过输出模式控制模块67来控制各个模块进行工作，实现蓝牙信号通信传输以及电刺激治疗的目的。
46.另外，按压微针结构还包括按压板10，按压板10与电极片3平行间隔设置，多个微针11间隔分布在按压板10的侧面中部，弹性圈2围绕设置在按压板10的侧面边缘处。电路板设置于电极片3的外侧，电路板集成有蓝牙模块，蓝牙模块用于与手机通信连接。并且，多个微针11均采用3d打印成型。防渗圈结构4采用绝缘材料制成。
47.为了验证本方案的实用效果，作如下的体外试验：
48.将钙黄绿素加载到导水凝胶中，模拟带负电的药物小分子，在体外的扩散池试验中，如图3所示，在不同电流大小的刺激作用下，药物小分子的释放速率也随之变化，并且，在施加电流后明显比未加电流的自然扩散组的扩散速率高，从而说明电控释放药物的可行性。
49.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，包括依次叠层设置的按压微针结构、弹性圈、电极片和防渗圈结构，所述按压微针结构安装于所述电极片的一侧，所述防渗圈结构安装于所述电极片的另一侧；所述按压微针结构朝向所述电极片的侧面设置有多个微针，所述电极片对应开设有多个通孔，所述通孔与所述微针间隙配合，所述弹性圈安装于所述按压微针结构和所述电极片之间；所述防渗圈结构包括外圈边和分隔条，所述分隔条固定连接于所述外圈边的内侧，所述外圈边的内部形成有多个容置区，所述容置区分别可拆安装有导电水凝胶，所述导电水凝胶中储存有药物成分；在按压给药时，所述弹性圈被压缩，以供所述微针贯穿所述导电水凝胶且穿刺至患处皮肤上；在压力移除时，所述弹性圈回弹以使所述微针复位；所述电极片还电性连接有电路板，所述导电水凝胶与电极片导电接触，以对患处皮肤传递刺激电流。2.根据权利要求1所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所述防渗圈结构的轮廓形状为圆形，多个所述容置区关于所述防渗圈结构的中心呈周向间隔分布。3.根据权利要求2所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所述防渗圈结构还包括中心圈，所述中心圈与所述外圈边同心布置，所述中心圈的内部构成中心容置区；所述中心圈和所述外圈边之间形成环形区域，所述环形区域内间隔均匀布置有多个所述分隔条，相邻两个所述分隔条之间构成周向容置区。4.根据权利要求3所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所述分隔条设置有四个，四个所述分隔条呈90
°
圆心角间隔分布，所述分隔条与所述中心圈之间、所述分隔条与所述外圈边之间均设有圆角部，四个所述周向容置区的轮廓形状均为弧形腰孔状。5.根据权利要求1所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所述电极片对应所述防渗圈结构的侧面设置有正极导电部和负极导电部，所述正极导电部与对应的所述容置区的导电水凝胶接触配合，所述负极导电部与对应的所述容置区的导电水凝胶接触配合；所述导电水凝胶含有带正电的纳米粒子，以通过静电作用吸附带负电的药物分子进行储存药物，并在负极作用下，使药物分子因电荷互斥而被排出，以提高药物递送效率。6.根据权利要求1所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所述按压微针结构还包括按压板，所述按压板与所述电极片平行间隔设置，多个所述微针间隔分布在所述按压板的侧面中部，所述弹性圈围绕设置在所述按压板的侧面边缘处。7.根据权利要求1所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所述电路板设置于所述电极片的外侧，所述电路板集成有蓝牙模块，所述蓝牙模块用于与手机通信连接。8.根据权利要求1所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，多个所述微针均采用3d打印成型。9.根据权利要求1所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所
述防渗圈结构采用绝缘材料制成。10.根据权利要求1所述的基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，其特征是，所述导电水凝胶中的药物成分包括甲氨蝶呤和/或布洛芬，所述甲氨蝶呤和布洛芬均为带负电的药物分子，所述甲氨蝶呤用于类风湿病的抗炎治疗，所述布洛芬用于疼痛症状的缓解。

技术总结
本发明提供了一种基于按压式微针的多区域透皮给药可穿戴装置，涉及微针给药领域。该装置包括依次叠层设置的按压微针结构、弹性圈、电极片和防渗圈结构，按压微针结构安装于电极片的一侧，防渗圈结构安装于电极片的另一侧；按压微针结构的侧面设有多个微针，电极片对应开设有多个通孔，通孔与微针间隙配合，弹性圈安装于按压微针结构和电极片之间；防渗圈结构包括外圈边和分隔条，分隔条固定连接于外圈边的内侧，外圈边的内部形成有多个容置区，容置区分别可拆安装有导电水凝胶，导电水凝胶中储存有药物成分；在按压给药时，弹性圈被压缩，以供微针贯穿导电水凝胶且穿刺至患处皮肤上；导电水凝胶与电极片导电接触，以对患处皮肤传递刺激电流。肤传递刺激电流。肤传递刺激电流。


技术研发人员：蒋乐伦 陈水金 张彬彬 易长青
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/6