基于MEMS技術(shù)的胰島素集成系統(tǒng)的研究.pdf

1、生物MEMS(Bio-MEMS)是將MEMS技術(shù)應(yīng)用在生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，研究適合于生物領(lǐng)域的微器件和微制造系統(tǒng)。基于MEMS技術(shù)的胰島素集成系統(tǒng)是一種微流控釋系統(tǒng)，它是Bio-MEMS的一個(gè)典型應(yīng)用，已經(jīng)成為Bio-MEMS技術(shù)研究發(fā)展中最具吸引力的重要領(lǐng)域。胰島素集成系統(tǒng)中的微針陣列和壓電微泵代替了傳統(tǒng)胰島素泵中的機(jī)械泵和注射器，它們可以像集成電樣用微電子工藝技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，這樣可以大大降低器件的成本，提高器件的穩(wěn)定性與可靠性。本文

2、的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下： 研究了微針微通道內(nèi)的流體力學(xué)特性，分別以藥劑和血液為流體對(duì)象，建立了毛細(xì)圓管水流模型和血流數(shù)學(xué)模型，分析了微流體在微針管道中壓降特性，這對(duì)理解、設(shè)計(jì)微流控釋系統(tǒng)提供了重要的理論依據(jù)。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法研究了微流體在具有”荷花效應(yīng)”的微流通道中的流動(dòng)特性，從理論的角度分析了表面修飾對(duì)于微流控釋的重要性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明胰島素溶液和硅油在經(jīng)過(guò)表面修飾后的微針通道中的流動(dòng)性要好于沒(méi)有經(jīng)過(guò)表面處理的微針通道。

3、 在比較國(guó)內(nèi)外不同材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的微針優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，提出了一種新型微針—異面直壁空心微針陣列。微針陣列整個(gè)芯片大小9×9 mm2，由15×15根微針組成，微針內(nèi)徑30μm，外徑80μm，高200μm，間距250μm。微針陣列選用單晶硅材料制作，具有生物兼容性和藥液釋放性好等優(yōu)點(diǎn)。 研究采用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)微針陣列的制備的工藝，重點(diǎn)對(duì)高深寬比的硅基通孔和微針針尖的加工工藝進(jìn)行了研究。研究了利用柔性襯底技術(shù)制作微針陣列的新工藝，對(duì)微針

4、的柔性基底進(jìn)行了彎曲測(cè)試。對(duì)微針陣列的封裝材料和工藝進(jìn)行了研究，從而保證防塵、防泄漏、流體輸注順暢，滿足醫(yī)用級(jí)封裝要求。 開(kāi)展了基于MEMS技術(shù)的閉環(huán)胰島素系統(tǒng)的集成研究，將血糖儀與胰島素泵有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從儀器微型化、低功耗等方面考慮，給出了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。根據(jù)仿生學(xué)原理，模擬人體胰腺編制了注射方案程序，提供了輔助治療的專家系統(tǒng)。通過(guò)經(jīng)皮實(shí)驗(yàn)、離體皮膚實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物活體實(shí)驗(yàn)，證明基于MEMS技術(shù)的胰島素集成系統(tǒng)對(duì)糖尿病的治療有著很