До самозаряджуваного клейкого пластиру для шкіри з гнучким масивом мікроігл для трансдермального введення

Хао Ван

1 кафедра електротехніки та обчислювальної техніки Національного університету Сінгапуру, 4 Engineering Drive 3, Сінгапур, 117576, Сінгапур

2 Центр датчиків та MEMS, Національний університет Сінгапуру, 4 Engineering Drive 3, Сінгапур, 117576, Сінгапур

3 Сінгапурський інститут нейротехнологій (SiNAPSE), Національний університет Сінгапуру, 28 Medical Drive, # 05 ‐ COR, Сінгапур, 117456, Сінгапур

4 Науково-дослідний інститут NUS Сучжоу (NUSRI), Індустріальний парк Сучжоу, Сучжоу, 215123, P. R. Китай

Джорджія Пасторін

5 Фармацевтичний факультет Національний університет Сінгапуру, Сінгапур, 117543, Сінгапур

6 NanoCore, Інженерний факультет, Національний університет Сінгапуру, Сінгапур, 117576, Сінгапур

7 Вища школа з інтегративних наук та інженерії NUS, Центр наук про життя (CeLS), Сінгапур, 117456, Сінгапур

Ченкуо Лі

2 Центр датчиків та MEMS, Національний університет Сінгапуру, 4 Engineering Drive 3, Сінгапур, 117576, Сінгапур

4 Науково-дослідний інститут NUS Сучжоу (NUSRI), Індустріальний парк Сучжоу, Сучжоу, 215123, P. R. Китай

Пов’язані дані

Як послуга нашим авторам та читачам, цей журнал надає супровідну інформацію, яку подають автори. Такі матеріали рецензуються та можуть бути реорганізовані для онлайн-доставки, але не підлягають редагуванню або набору. Питання технічної підтримки, що виникають із супровідної інформації (крім відсутніх файлів), мають бути адресовані авторам.

Носні гнучкі електронні медичні вироби останнім часом приділяють велику увагу завдяки своїй значній практичності для декількох застосувань, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, включаючи моніторинг стану здоров'я та доставку ліків для лікування захворювань. 11, 12, 13 Традиційний спосіб доставки ліків за допомогою підшкірних голок може бути неприємним процесом для багатьох пацієнтів. Таким чином, підходи до трансдермальної доставки ліків на основі мікроігл досліджували шляхом зміни різних видів матеріалів та конфігурацій. 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41

Ще однією ключовою особливістю носимого медичного пристрою є спосіб фіксації. Акрилова медична пов’язка широко використовується для виготовлення медичних пластирів. Однак зростають вимоги до менш дратівливих, біосумісних медичних кабал, оскільки старіння шкіри є більш чутливою і вразливою до тривалого впливу, наприклад, доставки інсуліну, як у випадку із звичайними медичними пластирами. Сухий клей, натхненний ієрархічною структурою волосся Gecko, 43, 44, має ряд переваг у порівнянні зі звичайними акриловими медичними пов’язками: по-перше, він демонструє повторювану та відновлювану адгезію при очищенні поверхні після кожного використання. По-друге, на фізичну структуру, яка створює адгезійну силу, менше впливають забруднення поверхні, окислення та інші подразники навколишнього середовища. По-третє, простір між стовпами для вентиляції повітря повинен забезпечувати кращу біосумісність. Таким чином, ми також застосовуємо сухий клей для фіксації всього пристрою на шкірі.

Ми пропонуємо розтягуваний клейкий пластир для шкіри на мікроголках, прикріплений до плоскої поверхні шкіри або частин суглоба, тобто ліктя та суглоба, як показано на Схема 1 a. Весь пластир шкіри складається з чотирьох функціональних компонентів: гнучкий пластир на мікроголях; сухий клейовий пластир; пластир для збирання трибоелектричної енергії та система доставки ліків з насосом та резервуарами для ліків, підключеними до гнучкого пластиру для шкіри на мікроголках. Детальна структура зображена на схемі Схема1b. 1 б. Мікроголки та трибоелектричні пластири з'єднані трьома сухими клейкими пластирами, щоб зробити весь пристрій, який можна носити, закріпити на вигнутій поверхні шкіри. Мікрофлюїдна система контролю з насосом та резервуарами для ліків 57 може бути зібрана на тильній стороні пластиру для мікроігл для контролю доставки ліків після проникнення в шкіру. Детальний принцип роботи насосної системи наведено на малюнку S3 (Додаткова інформація).

а) Концепція гнучкого мікробного пластиру для шкіри, прикріпленого на руці, лікті та суглобі. Пластир складається з чотирьох функціональних компонентів, інтегрованих на цілому аркуші PDMS: патч Microneedle; Сухий клейовий пластир, пластир TEH та насосна система. b) Детальна структура та функціональні компоненти гнучкого пластиру для шкіри на мікроголях; в) Детальна структура окремої гнучкої мікроголки; г) Детальна структура шару пластиру TEH; д) Зображення виготовленого шкірного пластиру; f) Прикріпіть пластир до плоскої поверхні шкіри, як рука, потужність можна генерувати, натискаючи та піднімаючи пластир TEH; g) Прикріпіть пластир до суглоба, як лікоть або палець, потужність можна генерувати, згинаючи та розгинаючи лікоть або палець.

Структура окремої гнучкої мікроголки показана на схемі Схема 1c 1 c, де вона складається з гнучкої основи чотирьохпроменевих стовпів і жорсткого гострого наконечника. Гнучка основа стовпа виготовлена з PDMS з оптимізованою жорсткістю, щоб забезпечити високий рівень успішності проникнення шкіри, при цьому допускається певна об'ємна деформація. Жорсткий гострий наконечник для проникнення шкіри може бути зібраний на чотирипроменевій базовій конструкції за допомогою методу літографії з подвійним малюванням. 58, 59 Щілини між стовпами можуть бути частково заповнені тими ж матеріалами, щоб утворити мікроголки на етапі літографічного малювання. Він забезпечує кріплення між гострим наконечником і м'якою основою, щоб закріпити гострий наконечник на м'якій основі і захистити його від поломок, коли вся мікроігла зігнута. Іншим функціональним компонентом є пластир TEH для енергозбирального комбайна. Трибоелектрична контактна поверхня з структурою PDMS з мікро малюнком може підвищити продуктивність. Тут ми використовували мікропілонний масив із грибною поверхнею та без неї, який отримують у тому ж процесі виготовлення сухого клейового пластиру, що і поверхнева мікроструктура для пластиру TEH. Тим часом ми також протестували зразок з пірамідною мікроструктурою, який зазвичай використовується для ТЕ, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66 як порівняння.

Було розроблено два методи для отримання енергії від пластиру TEH шляхом накладання шкірного пластиру на різні місця людського тіла. Коли пластир прикріплений до ліктя прямого передпліччя, відстань між двома сухими клейкими плямами трохи коротша, ніж довжина пластиру TEH. Таким чином, пластир TEH зігнутий і не контактує з поверхнею шкіри в цьому початковому стані. Потім при згинанні суглоба пластир TEH розтягується і стикається зі шкірою. Після цього, коли суглоб знову стає прямим, відстань між двома сухими клейкими плямами стискається, щоб TEH зігнувся і відокремився від шкіри. Потужність може бути отримана повторенням цього циклу, як показано на схемі Схема1 1 г.