基于微推进器的遥控释药胶囊系统的研制-生物医学电子信息与技术专业论文.docxVIP

重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 1.1 研究背景 1 绪 论 近年来，局部药物吸收研究已成为药物理论研究的热点，它在药物早期开发 阶段，提供了人体药代动力学数据[1-2]，并可以作为候选药物是否进行进一步开发 的筛选手段。伴随国际制药领域的激烈竞争与新药开发的巨大风险，人体药物吸 收特性研究得以出现并迅速发展。进行插管或灌注是获得药物消化道吸收数据的 传统方法，但是这些方法均带给志愿者强烈的不舒适感甚至创伤，更重要的是， 导管的存在改变了消化道的正常功能，如改变了肠道的吸收与分泌平衡等，通过 该类方法获得的药物吸收数据的正确性得到了质疑[3]。随着消化道定点药物释放胶 囊(Site-Specific Delivery Capsule, SSDC)的发展，越来越多的研究机构采用 SSDC 无创地获取药物吸收数据[4-6] 。SSDC 是一种典型的微型机械电子系统(Micro Electronic Mechanical System, MEMS)。采用 SSDC 可以解决传统药物吸收研究所 带来的不便，由于 SSDC 不需要导管导引，完全是无创的，一方面可以方便医护 人员进行操作，另一方面也减轻了志愿者的痛苦，保证药物吸收数据是在机体机 能处于正常情况下测得。另外，采用 SSDC 释药可以提高药物利用率，由于胶囊 到达释药位置才会释放药物，药物在到达病灶位置之前并没有被吸收，这样极大 的提高了药物吸收数据的准确性，加速新药开发和降低新药开发失败率，已经在 国际制药领域得到较为广泛的应用。 作为SSDC的核心部分，遥控释药胶囊(Remote Controlled Capsule, RCC)得到 越来越多的关注。各国的研究机构依据不同的释药机理，对RCC进行研究。但是 目前无论已经实用化的还是处在研究中的遥控胶囊[7-10]，均无法完成对药物的完全 控制，释药完成率较低，造成获得的药物吸收数据有偏差。为了计算偏差，势必 要增加药物吸收实验，处理繁琐的数据，这样不仅增加了新药研发的成本，而且 延长了研发周期。 本课题在此背景下提出，为了保证药物主动完全释放，新的释药驱动方式亟 待解决。目前广泛应用于微纳卫星的微推进器技术在各国展开如火如荼的研究 [11-16]，这给我们提供了新的思路。在前期SSDC的研究[17,18]基础上，我们提出一种 新的释药驱动方式，将微推进器引入RCC。 1.2 研究目的和意义 1、研究一种新型的基于微推进器的遥控释药胶囊，将微推进器用于遥控释 药胶囊，解决目前遥控胶囊无法完成主动完全释放药物的缺陷，相对于传统的基 于制剂的脉冲释药系统，该释药胶囊具有剂量准确、可靠性高、安全性好的优点， 是一种新型的临床口服给药方式。 2、根据文献检索表明，该研究在国内外尚未见类似文献，通过本课题研究， 1 重庆大学硕士学位论文1 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 PAGE PAGE 2 在该领域取得一定的领先优势，通过发表高水平的学术论文产生一定的国际学术 影响。本课题是生物医学电子学、微电子技术、药物控释技术等多学科的交叉与 融合，有利于带动学科发展。 1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 国外SSDC系统的研究开始于20世纪80年代初,目前已经研制成功了一些体内 药物释放微机器人。德国Hugemann[19]于1981年研制的“HF capsule”是最早用于 临床的遥控胶囊。“HF capsule”由射频信号触发，药物封装在一个气球囊中，感 应的射频电流触发一个针快速移动，刺破气球囊而将药物释放出来，如图1.1所示。 “HF capsule”，在药物剂型上有一定的局限性，只能释放液体药物，而且刺破气 球囊后，只能依靠药物重力作用自行释放，无法达到主动释放的目的。 聚合物线 发热导线 振荡电路  弹簧 活塞 汽缸套 隔板 钢针 气球囊 固定支架 密封塞 图1.1 Radio-frequency 胶囊结构示意图 Fig 1.1 Schematic diagram of Radio-frequency 美国Innovative Devices公司开的IntelisiteTM[20,21]包括一个0.8ml的储药仓、驱 动机构、电路单元等，如图1.2所示。在药物释放机制方面，采用了一种内外套筒 结构，当内部套筒旋转一定的角度时，内外套筒上面的小孔对齐，内套筒中的药 物从而释放出来，该释放机制适合液体药物释放，速度较快，但对于粉末药物， 药物必须逐渐溶解而释放，速度较慢。IntelisiteTM利用形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）的变形性来驱动内部套筒的旋转，药物内部的射频接收天 线感应到的射频电流为SMA提供加热电流，由于SMA片需要足够的能量产生形