一种基于PDMS微电磁肛肠术后给药装置的制作方法

本发明涉及医疗技术领域，具体是一种基于pdms微电磁肛肠术后给药装置。

背景技术：

肛肠疾病是多发病，如肛瘘，痔疮，结肠癌等。尤其是在肛瘘手术后，低位肛瘘切开后不直接缝合，而是进行用药，使其二期愈合为主。长期以来肛肠疾病一直困扰着人类的健康，如何解决和治疗这些疾病成为当今科学界所面临的一项重要课题，是目前国际上研究的热点和难点。因手术部位容易受到粪便污染、排便刺激等因素，对术后患者生活质量和创伤面愈合带来一定的不良影响，出现创缘水肿、疼痛、创伤面分泌物多等并发症。

给药过程，受创伤面分泌物变化情况、创伤面渗液印片中巨峰细胞数量、创伤面肉芽生长积分、创伤面愈合时间等的变化，需要实时调整用药量和用药时长。

目前，常规的肛肠科医疗给药设备通常存在着给药量过大(相对于纳升级)，给药响应时间慢(相对于毫秒级)，以及操作复杂，设备昂贵等问题，无法随时随地给药。

另外，鉴于目前微流控技术的发展，采用微阀给药的过程是：每次使用时需要将药物试剂和缓冲液事先注入进药通道和给药通道中，然后通过外置的驱动源进行进药和给药，缺少集成性，所以也不方便使用。另外如何降低微阀的反向泄漏也是一个问题，即由于微泵的功率不足，药剂容易回流。因此，如何减少术后并发症，减轻患者痛苦，促进术后创伤面生长、促进早日康复一直是肛肠界医护科技工作者努力的目标。

技术实现要素：

基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于pdms微电磁肛肠术后给药装置，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于pdms微电磁肛肠术后给药装置，包括外套1、给药通道2、压电驱动器3、缓冲池4、进药通道5、电磁驱动器6、药剂池9和常闭微阀10。其中常闭微阀10由阀片7和阀塞8组成，并采用零间隙接触式的pdms平面微阀结构，可有效控液体流向，降低液体的反向泄漏。

所述外套1右侧连接给药通道2；所述给药通道2的右侧为压电驱动器3，在其两端通过常闭微阀10分别连接药通道2和缓冲池4；在给药通道2的下方通过常闭微阀10连接进药通道5，进药通道5下方连接一个电磁驱动器6，电器驱动器6下方通过常闭微阀10连接至药剂池9。

所述电磁驱动器6为pdms电磁驱动微泵的四层封装结构，最上层为一个中空结构的pdms封装层11，所述pdms封装层11下方设有pdms泵膜13，所述pdms泵膜13的下方连接pdms泵体14，所述pdms泵体14下方设有pdms基板17。

所述pdms泵膜13表面上方设有一个坡莫合金片12；在pdms泵膜13的最底层为一个硅片层1303，硅片层1303的上方设有pe薄膜1302，pe薄膜1302上方设有pdms薄膜1301，pdms薄膜1301上方设有铜离子层1305，铜离子层1305上方设有s1818光胶层1304，s1818光胶层中部开设凹槽用来放置坡莫合金片12。

所述pdms泵体14中部设有一个泵腔15，泵腔15的右侧设有一个阀塞通道16。

本发明的进一步方案，所述外套1的左侧出口设还有一个c形的缓冲隔板101。

本发明的再进一步方案，所述坡莫合金片12是通过电镀工艺在pdms薄膜1301的电镀区域淀积形成的一层约20um的驱动片。

本发明的再进一步方案，所述电磁驱动器6为四层的pdms封装结构，用过氧胶水密封，其进出通道口连接导管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用扁平的微阀结构，通过pdms四层脱膜设计和光刻工艺结合，极大的发挥了阀片7和阀塞8的紧密配合无间隙的特性，和微阀组的反向截止性能，克服了现有机械式微泵多层的复杂结构，也可有效遏制药液的反向泄漏，可达到毫秒级的给药要求，同时，可精确控制给药剂量和时间，试验表明可以在60ms的时间内达到10-50nl微量药物试剂的给药；优点也在于便于对症用药，给药过程柔和，c形缓冲结构，亦可防止药剂回流和对患处的冲击，便于携带，更简洁高效，降低了成本。

附图说明

图1为一种基于pdms微电磁肛肠术后给药装置的总体结构示意图。

图2为本装置给药系统的工作示意图：静止状态。

图3为本装置给药系统的工作示意图：进药状态。

图4为本装置给药系统的工作示意图：给药状态。

图5为pdms微泵电磁驱动的结构示意图。

图6为图5中a-a剖视图，电磁驱动器的工作原理图。

图7为图5中坡莫合金片与pdms泵膜的布局示意图。

图8为pdms泵膜的结构示意图。(其中a，b，c为实施工艺流程的顺序)

图9为微阀的结构示意图。

图10为外套内药剂出口处的缓冲结构示意图。

图中：外套1；缓冲隔板101；给药通道2；压电驱动器3；缓冲池4；进药通道5；电磁驱动器6；阀片7；阀塞8；药剂池9；常闭微阀10；pdms封装层11；坡莫合金片12；pdms泵膜13；pdms薄膜1301；pe薄膜1302；硅片层1303；s1818光胶层1304；铜离子层1305；pdms泵体14；泵腔15；阀塞通道16；pdms基板17。

具体实施方式

请参阅图1-图10，为了使本发明的上述技术内容和构造特点能更容易地被本领域一般技术人员所理解，下面结合技术要点和附图对本发明做进一步的说明。

实施例一：

本发明提供的一种基于pdms微电磁肛肠术后给药装置包括，外套1、给药通道2、压电驱动器3、缓冲池4、进药通道5、电磁驱动器6、药剂池9和常闭微阀10。其中常闭微阀10由阀片7和阀塞8组成，并采用零间隙接触式的pdms平面微阀结构，可有效控液体流向，降低液体的反向泄漏。

所述外套1右侧连接给药通道2；所述给药通道2的右侧为压电驱动器3，在其两端通过常闭微阀10分别连接药通道2和缓冲池4；在给药通道2的下方通过常闭微阀10连接进药通道5，进药通道5下方连接一个电磁驱动器6，电器驱动器6下方通过常闭微阀10连接至药剂池9。

所述电磁驱动器6为pdms电磁驱动微泵的四层封装结构，最上层为一个中空结构的pdms封装层11，所述pdms封装层11下方设有pdms泵膜13，所述pdms泵膜13的下方连接pdms泵体14，所述pdms泵体14下方设有pdms基板17。

所述pdms泵膜13表面上方设有一个坡莫合金片12；在pdms泵膜13的最底层为一个硅片层1303，硅片层1303的上方设有pe薄膜1302，pe薄膜1302上方设有pdms薄膜1301，pdms薄膜1301上方设有铜离子层1305，铜离子层1305上方设有s1818光胶层1304，s1818光胶层中部开设凹槽用来放置坡莫合金片12。

所述pdms泵体14中部设有一个泵腔15，泵腔15的右侧设有一个阀塞通道16。

所述外套1的左侧出口设还有一个c形的缓冲隔板101，用来防止和缓冲流体药剂的冲击力。

实施例二：

如图5所示，所述泵腔15内会分别形成正压和负压，两者极易谐振后相互抵消，使微泵的净流量显著减少，不利于药剂的流出，因此，为了确保有足够的推进力，需优化加强坡莫合金pdms泵膜在给定的磁场强度下产生尽量大的变形力度。

以泵膜边长a为基准边长，将坡莫合金结构和位置参数b、c、d进行了规范化处理，坡莫合金片和pdms泵膜的杨氏模量设定为：230gpa和0.95mpa。采用comsolmultiphysics的有限元分析后得出的优化数据为：泵腔15的边长和高度选取为5mm和1800um，坡莫合金结构和位置参数b、c、d分别为0.15mm、2.04mm和0.6mm；坡莫合金片的厚度为20um。

实施例三：

如图8所示，所述pe薄膜1302的作用是为pdms泵膜13提供基体支撑，方便更换或从硅片层上剥离。

所述铜离子层1305是采用电子束溅射法，在pdms薄膜1301上淀积的一层厚度约50um的铜金属离子，其作用在于保证坡莫合金片12与pdms泵膜13之间有足够的粘合力，防止电镀的坡莫合金片在电镀过程中脱落。

所述s1818光胶层为厚度20um的光刻胶，形成如图8(b)中所示的坡莫合金电镀区域。

所述坡莫合金片12是通过电镀工艺在pdms薄膜1301的电镀区域淀积形成的一层约20um的驱动片。

实施例四：

如图5所示，pdms微电磁驱动设计中，所述电磁驱动器6的四层pdms片，其封装主要采用等离子体氧化处理方法，在离子反应刻蚀机内完成。按照从下往上的顺序完成四层pdms片的封合，并放置在热板以80℃温度加热12分钟，使pdms封合，最后，电磁驱动器6的进出通道口连接导管，用过氧胶水密封。

实施例五：

所述电磁驱动器6的外加磁场，可以采用远程控制的电磁控制器(e363ia型号agilellt)，利用计算机labview编制程序控制电源的开启和关闭时间，产生进药脉冲式信号或给药脉冲式信号，从而实现对进药过程和给药过程的远程控制。

一种基于pdms微电磁肛肠术后给药装置工作原理：

如图6工作原理图所示，静止状态下，pdms微电磁驱动过程中，无外加磁场作用在坡莫合金片12上，因此泵膜不发生变形，处于平整待机状态。

在驱动状态下，坡莫合金片12在外加磁场作用下发生磁化，并与垂直方向的磁场相互作用产生磁力矩，驱使pdms泵膜13发生变形，从而改变泵腔15的体积和压强，进而驱动流体。同样，通过施加循环往复的交变磁场，作用于电磁驱动器6，使泵膜产生往复振动，再配合微阀10的流向控制作用，实现流体药剂的单向连续流动。通过在进药通道和给药通道入口端施加控制脉冲信号，对进药和给药过程进行精确操控，实现对给药试剂量和给药时间的精确控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。