2009-磁力驱动药物定点释放微机电系统设计.pdf

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1、研究与开发机机电工程技术电工程技术2009年第38卷第04期磁力驱动药物定点释放微机电系统设计胡鸿胜，朱文坚，曾昭旺（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640）摘要：介绍了一种以磁力作为驱动力，利用遥控开关控制药物在体内定点释放的胶囊式微机电系统设计方案，对该系统的药物释放驱动、遥控开关及定位系统设计进行了探讨。实验表明，该微系统能可靠完成药物释放，满足胃肠道药物定点释放的研究需要。关键词：磁力；定点释放；胶囊；微机电系统中图分类号：TH772＋．2文献标识码：A文章编号：1009－9492(2009)04－0092－031引言文提出的基于

2、磁力驱动的胶囊式微型装置结构模型如图1微机电系统（Micro－Electro－MechanicalSystems，所示。MEMS）是21世纪最有前景的高新科技之一，它是微电子工艺技术和微机械技术相结合而发展起来的新学科，已经在工业过程控制、计算机、机器人、通讯、环境保护与检测、医学健康和交通运输等领域得到广泛应用。胶囊式药物释放微机电系统是将MEMS技术应用于临床治疗而设计的一种可吞服胶囊式微型装置。该装置可以实现在指定的胃肠道部位、指定的时间进行药物释放，在炎症、创面处直接高效地进行治疗，同时又能减小药物的副作用。图1药物释放微机电系统的结构简图释放

3、药物微机电系统的研究开始于20世纪80年代初。这种微机电系统的关键技术是药物释放的驱动机构。在研究过程中，关于药物释放的驱动机构方案［1－8］有很本方案设计的药物定点释放微机电系统由外壳、电磁多，但是还是存在一些不足：形状记忆合金触发时间长，线圈、永磁铁、电池组、微型开关组成。胶囊外壳以一种不易控制；化学反应释放气体同时也会产生大量的热；采医用高分子材料制成，两端设计为圆滑的曲面结构，以方便其在胃肠道内运行。微系统采用磁标记跟踪定位［9］技用压缩弹簧弹力驱动虽然结构简单、响应速度较快，但不易控制弹簧的压缩。研究一种结构简单、工作可靠、响应术，利用无线遥

4、控方式控制微开关接通电源，使固定在装速度快，方便控制、发热量较小且易于微型化的驱动机构置内的螺线管线圈产生一定的磁力，依据磁极异极相吸原是今后工作的方向。为此，研究了一种利用磁力作为驱动理，驱动永磁铁直线运动，推动储药室的药物从释药孔排力实现胃肠道药物遥控释放的胶囊式微机电系统设计方出，进入胃肠道病患部位。微系统在体内随胃肠道蠕动继案。这种机构结构简单、工作可靠、响应速度快，发热量续前行，最终排出体外。整个系统在体内的行进不需外部较小、易于微型化。提供驱动动力源，而是靠胃肠的自然蠕动前行，既减少了2结构设计方案控制运行的难度，又减小了该装置的体积，更不

5、会给患者带来痛苦。胶囊微系统在胃肠道内实现药物定点释放的过程大致为：在胶囊中放置一定剂量的药物，胶囊通过口服进入人3药物释放微系统的设计体胃肠道，利用位置监测系统跟踪胶囊的位置，当胶囊到本胶囊微系统由药物驱动单元、遥控控制单元及定位达释放区域时，利用遥控开关控制驱动装置推出药物。本跟踪系统等部分组成。收稿日期：2008－11－1092机机电工程技术电工程技术2009年第38卷第04期研究与开发3．1药物释放驱动机构设计点闭合；保持区是指当永久磁铁从动作区或释放区移入该药物释放驱动单元是胶囊微系统的关键技术。本文提区域时，干式舌簧管保持原来在动作区或释放

6、区的状态。出由电磁铁和永磁铁组成的驱动机构，如图2。当电磁铁由于永磁铁与干式舌簧管之间的磁场分布情况及其变处于断电状态时没有电化规律相当复杂，因此要对动作或释放时干式舌簧管与永磁力，永磁铁与电磁铁磁铁间的位置关系进行定量计算是比较困难的。在实际使没有相互作用力；而通用中，通常是根据一定的经验数据来确定二者之间的位置电后，电磁铁将产生电关系，并通过实验进行调整，以保证干式舌簧管在永磁铁磁力驱动永磁铁运动，的操作下产生所需要的动作。干式舌簧管的永磁铁操作区完成药物释放。分布在干式舌簧管周围的空间，图3中a、b分别为永磁根据机构设计的要铁与干式舌簧管平行放置

7、及垂直放置时干式舌簧管所在某一平面的第一象限中永久磁铁操作区的分布情况［11］，其图2驱动机构简图求，电磁铁结构设计为螺管式［10］。螺管式电磁余空间的分布情况可由对称性得到。铁的气隙全部在激磁线圈中间，吸力较大。其吸力可以分为两部分：其中一部分是由衔铁与静铁心端面之间的主磁通所产生的吸力；另外一部分是由衔铁与外壳之间的漏磁通所产生的吸力。由于有永磁铁，在微系统内不能使用纯铁，其电磁力主要由线圈产生。电磁铁的工作可靠与否，在相当大的程度上是由线圈的结构型式和结构参数所决定。线圈的结构型式一般分为有骨架的和无骨架的两类。根据激磁的要求，线圈又分串激和并激

8、两种。串激线圈又称为电流线圈，被串接在主回路中，因而通过的电流大，匝数少。串激线圈常用紫铜条、