新型换能器及超声波导入仪制造技术

新型换能器及超声波导入仪，其可提高换能器与驱动电路阻抗匹配性，可提高药物传递均匀性，其包括单个换能器或换能器阵列、电路装置、载体，换能器阵列包括若干个以阵列方式布置的换能器，电路装置包括驱动电路、控制器，换能器为V类弯张换能器，单个换能器工作在低频模式，换能器阵列工作在低频模式或低频与高频共同作用模式，换能器中压电陶瓷的形状为圆形、矩形、正方形或多边形，其还包括储液室，储液室一端通过导管与载体连通，导管一端与储液室连通，导管另一端与载体侧端对应或连通，储液室另一端腔体内设置有活塞，活塞通过驱动装置驱动沿储液室的内腔移动。

【技术实现步骤摘要】
新型换能器及超声波导入仪
本技术涉及透皮贴片
，尤其涉及换能器及利用其制成的超声波导入仪。
技术介绍
在糖尿病、关节炎的治疗、导入抗生素、以及减肥、美容、针灸、镇痛等领域，常需将药物或蛋白透过皮肤导入体内，尤其在镇痛领域，常用的给药方法包括口服、皮下注射、静脉注射、药物输送泵(如胰岛素泵、止痛泵)和贴片等，但是上述镇痛方式常存在副作用多、给药速度慢、给药不均匀、镇痛效果差等问题。上世纪50年代研究表明超声可以增强透皮给药过程中皮肤渗透性，目前实现透皮给药的导入仪中常用的换能器为弯张换能器，弯张型换能器是一种将压电陶瓷的伸缩运动转换为金属外壳弯曲运动的换能器，无论是Moonie还是钹式换能器都使用厚度方向极化的圆形压电陶瓷片及两个金属端盖，科学家对这些钹式换能器的设计、制造和电学与声学特性进行了详细的研究，例如专利号为WO2004/073769patent公开了一种利用钹式换能器发射与接收声波信号以测量贴剂中剩余药物量的方法，并给出了一种“铜钹”式换能器以实现透皮导药。但是“铜钹”式换能器在实际透皮导药应用中有诸多困难，如阻抗过高，与电路阻抗不匹配，给药不均匀，原因在于：首先，“钹式”换能器具有较高的电阻抗，这导致驱动电路和换能器之间阻抗不匹配，单个典型“钹式”换能器的电阻抗在1000-2000Ω范围内，由于电阻抗与驱动电路(常见50Ω)差别较大，需要在换能器与电路间设置特定阻抗匹配电路，由于空间非常有限，阻抗匹配电路的设置使得产品整体尺寸偏大，无法满足用户随身便携式携带的要求；其次，现有的”钹式”换能器驱动为单频驱动，换能器阵列中只有中间换能器起导药主要作用，因此容易造成局部过热或皮肤损伤等，并且其工作时金属外壳在第一弯曲谐振模式，其频率远低于陶瓷圆盘径向振动第一谐振频率，因此其金属壳体弯曲振动谐振频率与陶瓷谐振频率的差距较大，换能器效率较低，也不利于药物均匀导入。
技术实现思路
针对现有技术中存在的声波强化透皮药物传递过程中的阻抗失配、药物传递不均匀的问题，本技术提供了一种换能器及超声波导入仪，其可实现与驱动电路更好的阻抗匹配，可提高药物传递均匀性。一种换能器，其为V类弯张换能器，其包括压电陶瓷、金属壳体，所述压电陶瓷与所述金属壳体以层状结构连接，所述压电陶瓷上布置有电极，所述电极设置于所述压电陶瓷与所述金属壳体之间，所述层状结构为单面结构或双面结构，所述单面结构指所述金属壳体布置于所述压电陶瓷一侧，所述双面结构指包括两个所述金属壳体，两个所述金属壳体分别布置所述压电陶瓷的两侧，所述电极覆盖于所述压电陶瓷的顶部或底部，所述金属壳体内设置有空腔，其特征在于，所述换能器中压电陶瓷的形状为圆形、矩形、正方形或多边形。其进一步特征在于，所述金属壳体为锥台复合结构，所述锥台复合结构包括圆锥台复合结构、四棱锥台复合结构或多边形锥台复合结构，所述圆锥台复合结构为上部圆锥台与下部环形相结合的组合结构，所述多边形锥台复合结构为上部多边形锥台与下部多边形相结合的组合结构，所述四棱锥台复合结构为上部四棱锥与下部矩形相结合的组合结构，所述压电陶瓷边缘与所述锥台复合结构下部通过树脂或胶粘接；所述金属壳体两侧分别设置有凸出于所述金属壳体外表面的凸起；所述换能器中压电陶瓷为环形时且层状结构为双面结构时，所述金属壳体为圆锥台复合结构，所述压电陶瓷两侧的所述金属壳体为同向布置。一种基于上述换能器制成的超声波导入仪，其包括单个换能器或换能器阵列、电路装置、载体，所述载体一端与所述单个换能器或换能器阵列对应，所述载体另一端与肌体外表面对应，所述换能器阵列包括若干个以阵列方式布置的换能器，所述换能器与电路装置电连接，所述电路装置包括驱动电路与控制器，其特征在于，所述单个换能器工作在低频模式，所述换能器阵列工作在低频模式或低频与高频共同作用模式，其还包括储液室，所述储液室一端通过导管与所述载体对应或连通，所述储液室另一端腔体内设置有活塞，所述活塞通过驱动装置驱动沿所述储液室内腔移动。其进一步特征在于，所述驱动装置为压缩弹簧或马达；所述载体可采用纱布；所述活塞通过所述压缩弹簧驱动时，所述压缩弹簧的一端与储液室内壁固定，所述压缩弹簧另一端与所述活塞固定，在不同液体截面处设置不同活塞并以此调节给药速度；所述活塞通过所述马达驱动时，所述活塞通过齿轮螺杆机构与所述马达连接，所述齿轮螺杆机构包括相啮合的齿轮组和螺杆，所述齿轮组一侧与所述马达的齿轮啮合，所述齿轮组另一侧与所述螺杆一端啮合，所述活塞一侧端与所述螺杆固定连接，所述活塞另一侧端与所述储液室的内腔对应；其还包括监测系统、反馈电路、药物输送系统，所述药物输送系统包括所述控制器、驱动电路、换能器阵列，所述监测系统通过所述反馈电路与所述控制器连接，所述控制器与所述驱动电路、马达电连接，所述监测系统包括生物传感器，所述生物传感器用于检测肌体的血糖等信息，所述反馈电路用于将所述生物传感器检测的信息传递给控制器，所述控制器根据检测信息控制所述驱动电路、马达。一种采用上述超声波导入仪实现药物导入的方法，其具体包括以下步骤：S1、将药物涂覆于所述载体上或肌体表面，将载体布置于换能器阵列的外部；S2、使载体与肌体表面接触；S3，启动超声波导入仪，通过电路装置驱动导入仪工作，并调节超声波导入仪中的换能器阵列的工作频率范围，其特征在于，在步骤S3中，通过扫频法调节所述超声波导入仪的驱动频率，使单个换能器工作在低频驱动模式，或使换能器阵列工作在低频驱动模式或低频驱动与高频驱动结合作用模式下，扫频可使单个换能器或换能器阵列中每个元素工作在相应谐振频率上。其进一步特征在于，所述药物可用抗生素或蛋白代替。采用本技术的上述结构可以达到如下有益效果：将换能器中压电陶瓷形状设计为圆形、矩形、正方形或多边形，可大大降低换能器阻抗，使换能器阻抗与驱动电路阻抗更为接近，可以实现与电路更好的阻抗匹配，阻抗匹配性越好，换能器的机电转换效率越高。此外对矩形换能器来说换能器工作在金属壳体弯曲振动的第一或第三谐波模态中，其壳体弯曲模态与陶瓷伸缩振动谐振频率差异比传统的“钹式”换能器要小，这保证了矩形弯张换能器具有较高的传输功率和效率，从而可降低能源消耗和投入成本。此外长方形换能器的封装密度最大，同样尺寸阵列矩形换能器比传统“钹式”换能器的辐射面积高，因此具有较高的药物输送速度与给药均匀性。附图说明图1为传统铜钹式换能器的立体结构示意图；图2为本技术换能器实例一的立体结构示意图；图3为本技术换能器实施例二的立体结构示意图；图4为本技术换能器实施例三的立体结构示意图；图5为本技术换能器实施例四的立体结构示意图；图6为本技术换能器实施例五的立体结构示意图；图7为本技术换能器实施例六的立体结构示意图；图8为本技术导入仪的主视结构示意图；图9为本技术导入仪中驱动装置实例一的立体结构示意图；图10为本技术导入仪中驱动装置实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种换能器，包括压电陶瓷、金属壳体，所述压电陶瓷与所述金属壳体以层状结构连接，所述压电陶瓷上布置有电极，所述电极设置于所述压电陶瓷与所述金属壳体之间，所述层状结构为单面结构或双面结构，所述单面结构指所述金属壳体布置于所述压电陶瓷一侧，所述双面结构指包括两个所述金属壳体，两个所述金属壳体分别布置所述压电陶瓷的两侧，所述电极覆盖于所述压电陶瓷的顶部或底部，所述金属壳体内设置有空腔，其特征在于，所述换能器中压电陶瓷的形状为圆形、矩形、环形、正方形或多边形。/n

【技术特征摘要】
1.一种换能器，包括压电陶瓷、金属壳体，所述压电陶瓷与所述金属壳体以层状结构连接，所述压电陶瓷上布置有电极，所述电极设置于所述压电陶瓷与所述金属壳体之间，所述层状结构为单面结构或双面结构，所述单面结构指所述金属壳体布置于所述压电陶瓷一侧，所述双面结构指包括两个所述金属壳体，两个所述金属壳体分别布置所述压电陶瓷的两侧，所述电极覆盖于所述压电陶瓷的顶部或底部，所述金属壳体内设置有空腔，其特征在于，所述换能器中压电陶瓷的形状为圆形、矩形、环形、正方形或多边形。


2.根据权利要求1所述的一种换能器，其特征在于，所述金属壳体为锥台复合结构，所述锥台复合结构包括圆锥台复合结构、四棱锥台复合结构或多边形锥台复合结构，所述圆锥台复合结构为上部圆锥台与下部环形相结合的组合结构，所述多边形锥台复合结构为上部多边形锥台与下部多边形相结合的组合结构，所述四棱锥台复合结构为上部四棱锥与下部矩形相结合的组合结构，所述压电陶瓷边缘与所述锥台复合结构下部通过树脂或胶粘接。


3.根据权利要求2所述的一种换能器，其特征在于，所述金属壳体两侧分别设置有凸出于所述金属壳体外表面的凸起。


4.根据权利要求2所述的一种换能器，其特征在于，所述换能器中压电陶瓷为环形时且层状结构为双面结构时，所述金属壳体为圆锥台复合结构，所述压电陶瓷两侧的所述金属壳体为同向布置。


5.一种基于权利要求3或4的换能器制成的超声波导入仪，其包括单个换能器或换能器阵列、电路装置、载体，所述载体一端与所述单个换能器或换能器阵列对应，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高泰康，
申请(专利权)人：高泰康，
类型：新型
国别省市：内蒙古;15