利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置

摘要

本发明公开了利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置，由外壳、气源装置、药物存储囊、单向阀和储药室构成，所述气源装置与药物存储囊之间通过单向阀隔开，位于外壳上的药物释放口处设有另一单向阀；所述气源装置由一动物油脂层分隔成两舱，该两舱分别装有不同化学物质，其中至少有一舱中的化学物质为溶液且与所述动物油脂层接触，该溶液在超声作用下产生超声空化效应使所述动物油脂层分散并使所述两舱内的化学物质发生接触反应，反应生成的气体推开药物存储囊一侧的单向阀，药物存储囊在气压压缩下使其另一侧的储药室内压力增大，进而推开所述另一单向阀实现药物释放。本发明结构简单，安全高效，装置内无需直接能量供应。

说明书

技术领域

本发明涉及肠胃道药物释放装置领域，具体涉及利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置。

背景技术

声波是属于声音的类别之一，属于机械波，频率高于20KHz则称为超声波。超声波具有如下特性：1)超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播；2)超声波可传递很强的能量；3)超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。“超声空化”通常是指，液体中存在的微小气泡(空化核)在超声波作用下被激活所表现出的振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程，理论与实验研究已证实，空化过程可以把声场能量集中(聚焦)起来，伴随空化泡崩溃瞬间，在液体中的极小空间内将其高度集中的能量释放出来，形成异乎寻常的高温(＞5000k)、高压(＞5×10⁷pa)、射流等极端物理条件。从而破坏不溶性污物而使他们分散于液体中。

胃肠道类慢性疾病是常见病和多发病，严重影响者人们的健康和日常生活。目前胃肠道类慢性疾病大多需要靠服用药物来进行治疗。药物在人体肠胃道内部由于胃酸的影响造成降解，病变部位可能只吸收极少量的药物，这种治疗方法存在着疗效慢，治疗时间长等缺点，因此，如何增加局部治疗作用或增加特定部位对药物的吸收成了药物释放问题研究的关键。微机电系统(MEMS)在生物及医学领域的快速发展，体内药物释放微机器人在国内外取得了很大的发展。药物释放驱动方法、药物释放装置及控制定位系统是药物释放微机器人的关键技术。

本设计与发明名称为“化学反应气压式微胶囊药物释放方法及其装置”、专利号为ZL200510036638.1的中国专利有本质区别，对其作了实质性的完善和提高，克服传统体内MEMS基于机电或电磁原理的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置。本发明将“超声空化效应触发控制”和“化学反应气压式推动”根本性原理创新地应用于肠胃道药物释放装置，能够实现非接触控制，为肠胃道靶向治疗提供方法，安全高效，极大的减化了MEMS触发控制的结构，缩小几何尺寸，减小质量，提高操作的灵活性，有效解决了触发能量供应问题，造价低廉，便于在MEMS领域的应用。本发明通过如下技术方案实现：

利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置，其由外壳、气源装置、药物存储囊、单向阀和储药室构成，所述气源装置与药物存储囊之间通过单向阀隔开，位于外壳上的药物释放口处设有另一单向阀；所述气源装置由一动物油脂层分隔成两舱，该两舱分别装有不同化学物质，其中至少有一舱中的化学物质为溶液且与所述动物油脂层接触，该溶液在超声作用下产生超声空化效应使所述动物油脂层分散于溶液中并使所述两舱内的化学物质发生接触反应，反应生成的气体推开药物存储囊一侧的单向阀，药物存储囊在气压压缩下使其另一侧的储药室内压力增大，进而推开所述另一单向阀实现药物释放。

上述利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置中，还包括永磁体，永磁体密封安装于外壳的材料中。

上述利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置中，所述外壳由壳体之一、壳体之二、壳体之三和壳体之四构成，壳体之一与壳体之四分别位于整个装置的两端，永磁体密封于壳体之一与壳体之二之间；壳体之二与壳体之三密封连接，所述气源装置位于壳体之二与壳体之三之间，且被末端涂有动物油脂的插管分隔为两舱，插管的外围边缘与壳体之二紧密配合，两舱中至少有一舱装有溶液；壳体之三与壳体之四之间密封连接且留有一空腔，密封连接之处压连药物存储囊，药物存储囊的一侧通过壳体之三中设有的单向阀与气源装置隔开，药物存储囊的另一侧与所述空腔形成储药室，壳体之四中设有与所述空腔连通的药物释放口，该药物释放口由所述另一单向阀密封。

上述利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置中，所述插管的轴向截面为梯形。

上述利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置中，所述气源装置的两舱中，其中一舱装有醋酸，另一舱装有碳酸钠晶体，两舱之间用动物油脂层隔开。

上述利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置中，所述气源装置的一舱装有质量浓度为36％的醋酸，另一舱装有碳酸钠晶体和碳酸钠饱和溶液，碳酸钠晶体紧贴动物油脂层。

上述利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置中，所述动物油脂层为固态或不具流动性的熔融态。

上述利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置中，所述单向阀由树胶填充密封形成；所述储药室中装有待释放药物。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

1、结构简单，安全高效。本发明利用“化学反应气压式”和“超声空化效应”原理，极大简化了胶囊结构，内部空间利用率提高，并且造价低廉。本发明装置内部无需微电源，应用了超声触发控制。无论是超声波、动物油脂(猪油)，还是参加反应的化学药品对都能满足人体安全要求；

2、反应灵敏，方便操作。开启超声波装置在人体外靠近病变位置的地方10-15s后，MEMS药物释放装置内的猪油分散于醋酸中，反应自动开始，方便操作人员操作；

3、触发过程中在装置内无需能量供应。外部的超声波本来就是一种能量携带体，无需考虑能量供应不足的问题，解决了困扰MEMS发展的有线或无线能量传输问题。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。图中，1、壳体之一；2、永磁体；3、壳体之二；4、36％醋酸；5、动物油脂层；6、插管；7、碳酸钠晶体；8、碳酸钠饱和溶液；9、单向阀(树胶)；10、壳体之三；11、药物存储囊；12、储药室(装有药物)；13、壳体之四；14、单向阀(树胶)。

具体实施方式

本发明装置适用于肠胃道靶向治疗MEMS，本实例以体内MEMS为实例。下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，本实施例中，利用超声触发控制的化学反应气压式肠胃道药物释放装置为微胶囊式，由外壳、永磁体2、插管6、36％醋酸4、碳酸钠晶体7、碳酸钠饱和溶液8、猪油层5、树胶和药物存储囊11相互连接组成。外壳由壳体之一1、壳体之二3、壳体之三10和壳体之四13构成，壳体之一1与壳体之四13分别位于整个装置(微胶囊)的两端，永磁体2密封于壳体之一1与壳体之二3之间；壳体之二3与壳体之三10密封连接，所述气源装置位于壳体之二3与壳体之三10之间，且被末端涂有猪油层5的插管6分隔为两舱，插管6的外围边缘与壳体之二3紧密配合，两舱中至少有一舱装有溶液；壳体之三10与壳体之四13之间密封连接且留有一空腔，密封连接之处压连药物存储囊11，药物存储囊11的一侧通过壳体之三10中设有的单向阀9与气源装置隔开，药物存储囊11的另一侧与所述空腔形成储药室12，壳体之四13中设有与所述空腔连通的药物释放口，该药物释放口由所述另一单向阀14密封，本实施例中，单向阀采用树胶填充密封形成。

本实施利中，碳酸钠晶体7和碳酸钠饱和溶液8装于右舱，碳酸钠晶体7靠左，紧贴猪油，以隔开猪油和碳酸钠饱和溶液8；36％醋酸4装于5舱，壳体之三10与壳体之四13连接，衔接部分压连药物存储囊11，药物存储囊11与壳体之四13形成储药室，待释放药物加注其中。气源装置的化学物加注口和储药室的药物加注口都由树胶密封。

上述微胶囊从人口服下，利用无线磁控定位系统监视胶囊的运行状况和运行部位，当胶囊到达患者病变部位时，开启超声波发生器，产生超声波(超声功率为100W，超声频率为45KHz)通过醋酸，超声时间15s，在超声波的“空化作用”下，起“阻隔”作用的猪油迅速分散于醋酸中，从而使得醋酸与碳酸钠晶体和碳酸钠饱和溶液先后接触发生化学反应，生成压力气体，产生药物释放的推动力，推开树胶(即图中单向阀9)，压力气体进入药物储存室，使得储药室压力迅速增大，推开树胶(即图中单向阀14)，药物在压力气体作用下被挤出，从而实现药物释放。

本实施例中，该装置通过化学反应气压式方法驱动药物释放，采用微胶囊式药物释放装置和无线磁控内部定位系统。化学反应气压式药物释放方法是通过体外超声波装置发出超声波遥控两种对人体无害的化学物质发生化学反应生成无害气体，由气压驱动药物存储囊，通过压缩存储囊驱动药物释放。无线磁控定位系统采用永磁体和三轴磁阻传感器。

永磁体2位于胶囊内部，三轴磁阻传感器布置在体外，通过从体外测定胶囊内永磁体的磁场变化，实现对胶囊位置的监测和定位。微胶囊从人口服下，利用无线磁控定位系统监视胶囊的运行状况和运行部位，当胶囊到达病变部位时，开启超声波发生装置，使超声波通过醋酸，猪油可以很快分散，醋酸与碳酸钠晶体和碳酸钠饱和溶液先后接触反应，生成二氧化碳压力气体，实现药物释放。

本实施例材料的选用：外壳-POM，药物存储囊-PU。本发明采用超声波触发的方式，结构简单，反应灵敏，安全可靠，极大简化了触发机构，实现了非接触控制，解决了一直以来困扰胶囊开发的能量供应问题；化学反应式微胶囊结构简单，内部空间利用率高，使得微胶囊药物携带量占到整个容积的40～50％；外形尺寸缩小，携带药剂品种增多，制造成本降低，便于体内药物释放微机器人的推广应用。