0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

用于智能药物递送的可穿戴声学响应微针阵列

微流控 来源:PuSL高精密3D打印 2023-11-15 10:37 次阅读

在个性化医疗的需求中,便捷安全的微针给药技术在近些年快速发展,其能够极大地提升医疗体验,降低成本,已经被广泛应用于实践中。而不同场景往往需要不同的给药配置,特别是对于急性疾病,快速响应的给药具有重要意义,这也对传统基于溶解释放等被动式微针提出了挑战。

近日,厦门大学陈鹭剑教授与胡学佳助理教授提出了一种新型的主动药物递送机制,研究团队在声学与微结构相互作用机理研究的基础上,提出利用锆钛酸铅(PZT)在微针针尖诱导涡流,产生微泵效应,并通过贴片的集成设计,实现智能的按需药物释放。相关研究以“On-demand transdermal drug delivery platform based on wearable acoustic microneedle array”为题发表在Chemical Engineering Journal期刊上。

该研究提出的智能的声响应药物释放微针如图1所示,该可穿戴器件包括一个PZT驱动电路,PZT贴片和空心微针,并通过蓝牙手机交互,通过预先设定程序或者实时调控,能够控制PZT产生声波信号,并驱动特殊设计的针尖尖端产生高频振动。这种振动在针尖产生了能量耗散并制造涡流效应,其能够将针内药物主动向外泵送。

而通过程序控制的声波信号强度与持续时间调制,能够实现较为精准的药物递送。如图2所示,该空心微针阵列由10 × 10个微针单元组成,利用3D打印工艺制造,每个单元高1000微米。扫描电子显微镜(SEM)图表明,打印的器件具有较高的精度,保证了针尖的锐度以及均一性(图2a),从而使得针尖可在声学驱动下产生较强的涡流效应。此外,对该打印的微针的性能测试也表明,该光敏树脂材料具有较高的强度,从而可以保证良好的刺入性能,且能避免体内折断风险。

27af75d8-8353-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图1 声学响应智能微针示意图

27bd4dde-8353-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图2 3D打印的空心微针阵列:(a)微针阵列SEM图;(b)微针力学性能测试示意图;(c-d)微针单个针尖力学测试数据及对应微针形变图

随后,该研究通过有限元模拟以及染料模拟实验论证了该针尖涡流的微泵效应,模拟结果中箭头展示了流场分布,颜色图绘制了声场能量梯度,实验中声学信号设置为34 KHz,幅度为40 Vpp,实验与模拟结果能较好吻合。而为了更好地模拟在皮下的泵送效果,在图3h中,研究人员使用组织模拟凝胶验证药物注入效果,当声信号幅度设置在40 Vpp左右时,可以看到荧光药物能够快速在凝胶中释放并累积。

27c603e8-8353-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图3 声学响应的微针涡流效应模拟与实验结果:

(a-c)有限元模拟针尖涡流微泵效应,在34 Khz声波激励下,针尖结构附近产生两个涡流区域,并产生自内向外的相反涡流场,引导内部流体向外抽注;

(d-e)使用模拟药物验证声学激励的涡流与泵送效应;

(h)在凝胶中验证微针泵送能力 最后,研究团队论证了该器件应用于小鼠进行主动药物递送的潜力。微针中装载10%荧光素钠,通过预先设定的程序释放,并实时进行眼底荧光成像。荧光素钠作为眼底荧光素血管造影技术中常用的药物,当循环至眼底血管中时,能够发出被观察到的荧光,从而通过记录眼底荧光强度方便实时计算反应体内的药物浓度。图4a ~ 4c展示了该微针贴片在声信号下作用的热效应以及撤去微针后皮肤的恢复情况。而图4d ~ 4f则展示了在主动声波信号施加后眼底荧光的变化。研究结果表明,通过控制声波信号的时间与强度,能够较为精准的控制药物释放的时间以及药物注射量,从而满足不同的给药需求。

27eb45ea-8353-11ee-939d-92fbcf53809c.png

图4 (a)小鼠体内的声学主动药物递送;(b)微针贴片区域在声场信号施加情况下温度变化;(c)小鼠腹部微针针孔随着时间推移快速愈合;(d)使用微针注入荧光素钠药物,并记录的小鼠眼底荧光图;(e-f)基于微针的单次与多次药物注入情况下,眼底荧光随时间变化

综上所述,该智能微针通过声波耦合驱动技术,提供了一种精准而有效的药物递送策略,声波相比于其他响应技术具有易于集成、低成本且生物亲和的优势,方便进行可穿戴设计和智能化控制。此外针尖的声波空化以及声热效应具有促进药物在组织内吸收的潜力。这些独特优势也让该技术在个性化医疗场景下展现出较大的应用前景。







审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 驱动电路
    +关注

    关注

    152

    文章

    1520

    浏览量

    108382
  • 3D打印
    +关注

    关注

    26

    文章

    3544

    浏览量

    108876

原文标题:可穿戴声学响应微针阵列,用于智能药物递送

文章出处:【微信号:Micro-Fluidics,微信公众号:微流控】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    生物医用技术发展历程及其经皮诊疗应用

    表面形成临时通道。利用此通道可以将药物直接递送至皮内,从而提高药物的透皮效率。
    的头像 发表于 11-12 09:43 425次阅读
    生物医用<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>针</b>技术发展历程及其经皮诊疗应用

    半侵入式&quot;可穿戴诊所&quot;——技术的创新应用

    领域取得了迅速进展。在最初阶段,主要用于经皮药物递送领域,通过
    的头像 发表于 11-09 11:19 276次阅读
    半侵入式&quot;<b class='flag-5'>可穿戴</b>诊所&quot;——<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>针</b>技术的创新应用

    用于可穿戴设备的感应式触摸按钮

    电子发烧友网站提供《用于可穿戴设备的感应式触摸按钮.pdf》资料免费下载
    发表于 09-23 11:32 1次下载
    <b class='flag-5'>用于</b><b class='flag-5'>可穿戴</b>设备的感应式触摸按钮

    国产高性能晶振/温补晶振兼容SiTime用于可穿戴设备

    国产高性能晶振/温补晶振兼容SiTime用于可穿戴设备
    的头像 发表于 08-15 09:55 284次阅读
    国产高性能晶振/温补晶振兼容SiTime<b class='flag-5'>用于</b><b class='flag-5'>可穿戴</b>设备

    基于一种AI辅助可穿戴流控比色传感器系统

    存在的挑战限制了这项技术的实际应用。 据麦姆斯咨询报道,为了克服这些挑战,来自中国石油大学(华东)的研究人员开发了一种人工智能(AI)辅助的可穿戴流控比色传感器系统(AI-WMCS),用于
    的头像 发表于 06-29 10:57 1w次阅读
    基于一种AI辅助<b class='flag-5'>可穿戴</b><b class='flag-5'>微</b>流控比色传感器系统

    #参考设计#可穿戴心电图设计方案

    (BPM),越来越多地用于健身应用和医疗设备技术。随着医疗远程患者监护的重要性日益增加,可穿戴心电图功能的集成变得至关重要。我们的互联可穿戴心电图演示板旨在促进复杂健身追踪器的开发,也可以集成到医疗
    的头像 发表于 06-28 18:19 8666次阅读
    #参考设计#<b class='flag-5'>可穿戴</b>心电图设计方案

    一种制造高度可拉伸且可定制化的电极阵列的方法

    可拉伸电极阵列可以穿透生物表层组织,并与组织的运动形变相适应,以创的方式对生物体内部进行有针对性的传感和电刺激。
    的头像 发表于 05-09 11:33 641次阅读
    一种制造高度可拉伸且可定制化的<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>针</b>电极<b class='flag-5'>阵列</b>的方法

    用于便携可穿戴设备的RX8130CE

    用于便携可穿戴设备的时钟芯片模块:RX8130CE。时钟芯片模块RX8130CE,其特点是3225小尺寸和电池控制,可应用于可穿戴设备RX8130CE具有自动电源切换功能,可监视电源电
    发表于 04-23 16:35 1次下载

    基于医用胶带的可溶解倒钩,可提高皮肤附着力和药物递送效率

    近年来,用于药物递送阵列由于创、无血和低疼痛
    的头像 发表于 04-20 11:29 930次阅读
    基于医用胶带的可溶解倒钩<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>针</b>,可提高皮肤附着力和<b class='flag-5'>药物</b><b class='flag-5'>递送</b>效率

    无线可穿戴贴片有望成为治疗慢性病的药物递送系统

    表明,一种具有电触发按需给药功能的无线可穿戴贴片可能成为治疗神经退行性疾病和神经损伤的下一个前沿领域。
    的头像 发表于 01-22 09:51 5261次阅读
    无线<b class='flag-5'>可穿戴</b>贴片有望成为治疗慢性病的<b class='flag-5'>药物</b><b class='flag-5'>递送</b>系统

    用于纳机器人多级磁控递送研究的体外测试平台

    基于纳机器人的靶向递送技术在疾病诊断治疗、精准药物递送、无创手术等生物医学领域具有广阔的应用前景。
    的头像 发表于 01-13 11:29 1175次阅读
    <b class='flag-5'>用于</b><b class='flag-5'>微</b>纳机器人多级磁控<b class='flag-5'>递送</b>研究的体外测试平台

    用于人体汗液和体温多功能检测的可穿戴流控汗液传感系统

    除了葡萄糖和离子化合物等常见代谢物外,汗液还含有药物和营养素等重要化合物。目前,可穿戴汗液传感器面临酶修饰不稳定、采样效率低、系统供电焦虑等挑战。
    的头像 发表于 01-12 10:48 4069次阅读
    <b class='flag-5'>用于</b>人体汗液和体温多功能检测的<b class='flag-5'>可穿戴</b><b class='flag-5'>微</b>流控汗液传感系统

    基于离子凝胶阵列智能消防安全可穿戴电子器件

    离子凝胶为柔性电子器件提供了创新的应用与未来前景,涵盖可穿戴电子器件、软机器人和智能系统等领域。
    的头像 发表于 12-08 14:16 1147次阅读
    基于离子凝胶<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>针</b><b class='flag-5'>阵列</b>的<b class='flag-5'>智能</b>消防安全<b class='flag-5'>可穿戴</b>电子器件

    可编程阵列贴片为疫苗接种带来的益处

    这项由美国农业部(United States Department of Agriculture,USDA)及比尔和梅琳达·盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation)支持的可编程阵列贴片技术
    的头像 发表于 12-06 09:33 1482次阅读

    可穿戴设备增长十年可期,智能穿戴芯片如何升级?

    电子发烧友网报道(文/黄晶晶)尽管消费电子受到智能手机出货量下滑的影响,景气度不高,但是可穿戴市场一枝独秀,仍然保持稳定的增长。近日,紫光展锐可穿戴沙龙在深圳举办。紫光展锐已稳居儿童手表主芯片全球
    的头像 发表于 12-01 11:22 2376次阅读
    <b class='flag-5'>可穿戴</b>设备增长十年可期,<b class='flag-5'>智能</b><b class='flag-5'>穿戴</b>芯片如何升级?