[发明专利]生物燃料电池驱动的胰岛素闭环控释机构

说明书

本发明提供一种生物燃料电池驱动的胰岛素闭环控释机构，它能够实现随血糖浓度的变化，调节释药口的开合程度，进而实现药物的智能释放。它包括以血糖为燃料的生物燃料电池、释药机构；释药机构包括对电极和释药阀两部分；释药阀包括上下复合的聚吡咯层、金属层；生物燃料电池、释药机构均设置在单晶硅片上；对电极的中间是释药阀，释药阀的一端与单晶硅片表面固定；与金属层表面相对的单晶硅片上开有释药口；生物燃料电池的正负极与贴片电阻相连，还与对电极、金属层电连接；生物燃料电池转变成的电能给释药机构供电，聚吡咯层在电场的作用下的膨胀或收缩，释药阀弯曲变形，使得释药阀关闭、打开或部分打开释药口。

技术领域

本发明涉及药物缓释领域，具体涉及一种生物燃料电池驱动的胰岛素智能控释机构。

背景技术

伴随人们生活质量的普遍提升和老年人口比例的提高，糖尿病的发病率逐年升高，已成为仅次于心血管和癌症的第三大危险疾病，严重威胁着人们的健康和正常生活。胰岛素是最有效的糖尿病治疗药物，对糖尿病的治疗有不可替代的作用。

为了有效发挥胰岛素功能并达到良好的治疗效果，必须选择合适的药物载体、药物剂型和给药途径，使机体能够有效地吸收药物。目前，注射给药仍是主要手段。为了达到胰岛素疗效的持续性，需要多次注射给药，这样不仅导致血液中胰岛素浓度及血糖浓度不稳定，而且长期注射给药还产生胰岛素浮肿、低血糖反应、皮下脂肪萎缩等副反应，使病人十分痛苦，因此注射法不宜长期临床给药。而口服给药是所有注射给药外的给药方式中最为简单易行、安全适用、患者依从性最好的，它的研究也取得了进展。但是胰岛素是蛋白多肽类药物，半衰期极短，服药后很容易被胃肠道内的水解酶降解，导致血药浓度下降而失去治疗作用。目前，胰岛素控释系统中采用最多的方法是通过胰岛素泵，即先将胰岛素输注到胰岛素泵，模拟胰腺的分泌功能，按照人体需要的剂量将胰岛素持续地推注到使用者的皮下，保持全天血糖稳定，以达到控制糖尿病的目的。但胰岛素泵的成本较高，且不便24小时全天佩戴，具有不稳定的特点，对卫生条件、使用者要求均较高。因此，开发新智能胰岛素控释系统成为药学和治疗学领域新的追求目标。

MEMS技术的出现为药物控制释放提供了新的思路，构建了新的技术平台，大大拓宽了药物释放系统的发展空间。药物控释芯片要实现智能化和可植入式应用，除了要具备药物释放装置(执行器)外，还必须包括高灵敏的生物传感器以及为执行器和传感器提供能量的驱动电源，三者要有机结合构成自驱动的智能药物释放体系。然而，目前为止基于MEMS的给药芯片大多依赖于外部控制信号“被动”地释药，与之相关的研究也只关注执行机构本身，很少去考虑驱动和传感环节，远不能实现植入式应用。因此，开发可以自我驱动且根据病理指标进行释药的全自动化片上系统势在必行。

若将生物燃料电池应用于胰岛素智能控释，采用自驱动的集成化设计，无需外加电源即可实现自调节、自适应的智能化药物释放，在产生生物电能的同时，检测病理指标(血糖浓度)，并以此为激励信号控制执行机构进行响应型释药，将同时解决电源和传感两个环节的需求，为微型器件的植入式应用提供新的思路。

智能材料是具有自我反馈能力的高分子材料，能感知外界环境的变化，针对环境的变化能采取响应对策，实现自诊断、自调节、自适应、自修复等，当今，应用于智能给药系统的智能材料主要包括两种：智能水凝胶和电活性聚合物(EAP)，而针对基于MEMS技术的释药机构，要能实现电能向机械能的转换，因此通常采用EAP与释药机构结合，EAP在直流电作用下会产生大幅度的应变，即可以感应外界电场的变化，并以此为激励信号来控制自身的形变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物燃料电池驱动的胰岛素闭环控释机构，克服传统给药方式的不足，它能够实现随血糖浓度的变化，调节释药口的开合程度，进而实现药物的智能释放。

为达到上述目的，本专利技术方案如下：