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有助于透皮給藥傳輸方式的皮膚阻抗分析

電子設(shè)計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設(shè)計 ? 2019-04-09 08:02 ? 次閱讀

給藥是藥物行業(yè)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一,各大制藥公司都在積極開發(fā)替代注射的給藥方式。口服、外用、吸入式、納米技術(shù)和透皮給藥系統(tǒng)等都是目前的熱門研究領(lǐng)域。透皮給藥是一種透過病人皮膚的無創(chuàng)輸送藥物方法,藥物通過兩種途徑穿透皮膚保護(hù)層:被動吸收或主動滲透。

透皮貼片是最常見的被動給藥方法之一。它貼在病人的皮膚上,可安全舒適地將一定劑量的藥物在一定的時間內(nèi)輸送給病人。藥物通過皮膚吸收進(jìn)入血液。尼古丁貼片是最典型的例子,其它常見應(yīng)用包括暈車藥、激素替代療法和節(jié)育避孕。被動給藥的缺點主要有兩個:一是藥物吸收的速度取決于皮膚阻抗,二是只有少數(shù)藥物能夠以合理的速率滲透皮膚保護(hù)層。因此,大量研究都集中在主動透皮給藥。主動方法包括:利用超聲能量加速藥物擴(kuò)散,利用RF能量建立穿過角質(zhì)層(表皮外層)的微通道,以及離子滲透法。

有助于透皮給藥傳輸方式的皮膚阻抗分析

離子滲透法利用電荷使藥物主動穿透皮膚進(jìn)入血液。該裝置由含有帶電藥物分子的兩個腔室組成。帶正電荷的陽極排斥帶正電荷的化學(xué)物質(zhì),帶負(fù)電荷的陰極排斥帶負(fù)電荷的化學(xué)物質(zhì)。兩個腔室之間形成的電磁場使藥物以受控方式主動穿透皮膚。

皮膚阻抗是透皮給藥的一個關(guān)鍵變量。該阻抗十分復(fù)雜,依年齡、種族、體重、運(yùn)動水平和其它因素而有所不同,并與頻率有關(guān),難以模擬。動態(tài)測量皮膚阻抗為實現(xiàn)最佳給藥提供了一種準(zhǔn)確而實用的解決方案。

可以利用電阻電容和電感阻抗隨頻率而發(fā)生不同變化的情況,借助阻抗頻譜準(zhǔn)確分析人體皮膚等復(fù)雜阻抗。當(dāng)頻率提高時,電阻的阻抗保持不變,電容的阻抗減小,電感的阻抗則增大。用已知交流波形激勵一個測試阻抗可以確定未知阻抗的阻性、容性和感性成分。 直接數(shù)字頻率合成器 (DDS) 具有靈活的相位、頻率、幅度、掃描能力和可編程能力,非常適合用于激勵未知阻抗。嵌入式數(shù)字信號處理和增強(qiáng)的頻率控制,使這些器件能夠產(chǎn)生合成的模擬或數(shù)字頻率步進(jìn)波形。圖2顯示了一個簡單阻抗分析儀的框圖。完整的低功耗、75 MHz DDS AD9834 產(chǎn)生交流波形,高速軌到軌運(yùn)算放大器AD8091對其進(jìn)行濾波、緩沖和放大。另一個 AD8091 緩沖響應(yīng)信號,并將其放大以匹配12位、1 MSPS逐次逼近型ADC AD7476A 的輸入范圍。

有助于透皮給藥傳輸方式的皮膚阻抗分析

不過,在這一簡單信號鏈的背后,隱藏著一些挑戰(zhàn)。首先,ADC必須在頻率范圍內(nèi)對激勵和響應(yīng)波形進(jìn)行同步采樣,以便維持相位信息。優(yōu)化這一過程對于整體性能至關(guān)重要。此外,其中涉及到許多分立元件,各種不同的容差、溫度漂移和噪聲將使測量精度下降,特別是處理小信號時。

AD5933 12位、1 MSPS集成阻抗轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)分析儀將DDS波形發(fā)生器和SAR ADC集成在單芯片上,可解決上述難題,如圖3所示。

有助于透皮給藥傳輸方式的皮膚阻抗分析

AD5933的輸出阻抗為數(shù)百歐姆,具體取決于輸出范圍。該阻抗可能會覆蓋未知阻抗,因此使用運(yùn)算放大器 AD8531 來緩沖信號,如圖4所示。請注意,AD5933的接收端內(nèi)部偏置到VDD/2,因此必須將該同一電壓施加于外部放大器的同相端,以防發(fā)生飽和。出于安全起見,所有激勵電壓和電流在施加于人體組織之前,都需要經(jīng)過信號調(diào)理、衰減和濾波。

有助于透皮給藥傳輸方式的皮膚阻抗分析

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