[发明专利]植入式微型电渗流可控输药芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是生物医学工程领域，具体涉及微型机电系统（micro electro mechanical system，以下简称为MEMS）范畴内的植入式电渗流可控输药芯片及其制备方法。

背景技术

药物传输系统(Drug Delivery Systems, DDS)是指人们在防治疾病的过程中所采用的各种治疗药物的不同给药形式。理想的药物传输系统不仅应具有良好的生物相容性，较高的载药率和包封率，良好的细胞或组织特异性——即靶向性；还应具有在达到目标病灶部位之前不释放药物分子，到达病灶部位后才以适当的速度释放出药物分子的特性。

随着MEMS技术的进步，具有不同功能的微型元器件和显微机电元件能够规模化生产。将MEMS 同药物传递系统结合，有助于改善现有多种药物的临床治疗效果，并在新药研发中扮演重要作用。MEMS 用于药物控释系统主要包括药物控释芯片、渗透压驱动微型药物释放系统、植入式智能药物释放系统、遥控透皮给药系统、微型泵、纳米微粒包和系统、微型注射针管阵列给药系统、微型药物输液给药装置、体腔内微型监测器械、高温微型阀、用于微液流标记的三维微阵列管道系统、皮下微型针刀等。其中，微型泵是药物传输系统中十分重要的部分。

经对现有技术文献的检索，N. A. A.Nisar, Banchong Mahaisavariya, Adisorn Tuantranont等在《Sensors and Actuators B》 2007(130) p917–942撰文MEMS-based micropumps in drug delivery and biomedical applications,（“基于MEMS技术的微型泵在药物传输系统和生物医学中的应用” ）。文中提到，实现驱动流体的微型泵有各种驱动原理：静电机械式，气压式，记忆合金式，双金属层式，电磁式，相变式，压电陶瓷式，电渗式等。其中，电渗式流体驱动因其具有不需要移动的机械部件，器件将不受摩擦而提高稳定性以及能源利用率等优势，受到了各国学者的广泛关注。目前，国内外已研制出许多电渗流芯片，主要应用于生物质的分离，利用电渗流现象驱动器件内微管道中的流体，以达到传质的目的。但却很少涉及电渗流在微量药物的持续输送方面的应用，原因主要是由于电渗流的输出效率受电场强度的影响大，而一般电渗流芯片由于泳道长，需要施加高压才能达到一定效果。同时，高压产生的电流在芯片内形成并释放出大量的焦耳热，严重影响电渗效果，所以必须采取降温措施而使其不能长时间持续工作。此外，电渗过程中由于高压会使泳道内的液体发生电解产生气泡，也会严重影响器件的工作效果。目前利用极低电压驱动的电渗流芯片主要采用交流(AC)电压控制的方式。这种设计在泳道上依次排列许多平面的正负电极对，利用控制不同电极对泳道内流体实现接力式驱动。但该器件结构和控制都较复杂，并且驱动的电渗流不够稳定，很难实现大规模生产和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有植入式微型电渗流可控输药芯片技术的不足，提供一种植入式微型药物输送芯片及其制备方法，该芯片的生产工艺简单，生产成本低，易于大规模生产。该芯片可实现极低电压直流(DC)驱动，药物输出量微量、稳定、可控，不会产生液体电解和大量焦耳热。

为实现本发明目的，本发明的技术解决方案如下：

一种植入式微型电渗流可控输药芯片，特点在于其构成包括主流道，在该主流道的两端各连接一个电渗驱动单元阵列。

所述的电渗驱动单元阵列是由2个以上单一的驱动单元串连构成，每个电渗驱动单元的结构是对称的，在两端设有流体的入口和出口，所述的入口连接前方来流方向的主通道，所述的出口连接后方出流的主通道，所述的主通道和电渗驱动单元的截面形状均为矩形，在入口和出口处仿照圆形简扩管和简缩管呈45°夹角的流道宽度渐变区；所述的驱动单元的宽度大于主通道，以便具有更多的空间实现电渗驱动；在硅基驱动单元内部刻蚀出矩形分流道，在整个驱动单元内部刻蚀多个分流道以加强电渗流的强度；每个分流道的长度按照流道宽度渐变区的夹角设定，分流道之间栅栏的两端与前后流道宽度渐变区的侧壁保持相同距离；所述的流道宽度渐变区的侧壁外侧实施离子注入，使那一部分的硅材料成为导体，离子注入区与单元内部被刻蚀的部分保持微小的距离，目的是利用二氧化硅绝缘离子注入区与驱动单元内部的电解质溶液。

所述的主流道呈折叠状，主流道的长度由背压与流阻的平衡决定：经过理论推导计算出单一电渗驱动单元所产生的背压与一定截面形状主流道的沿程压力损失，并按照背压与总输出量的关系设定主流道的长度，以达到背压与流阻的平衡。