消化道药物控释驱动机构的动力学特性研究*庄银苹1，侯文生1，郑小林1,2，崔建国1，皮喜田1（1重庆大学生物工程学院重庆400044；2新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室重庆400044）摘要：药物控释微系统是研究消化道药物吸收特性的一种新技术，其中的驱动机构是实现药物释放的关键技术环节。对电热式驱动机构进行了数学模型分析和实验测试研究。根据牛顿定律及液压传递原理，建立数学分析模型，并利用MALTAB仿真驱动机构活塞的速度-时间曲线及位移-时间曲线。同时，利用高速摄像系统设计了针对电热式驱动机构的测试实验，记录和分析了驱动机构药物释放的动态过程，得到了驱动机构活塞的运动学特征参数。实验结果表明驱动机构活塞的运动由慢-快-慢3个阶段组成，药物释放主要在第2个阶段完成。该研究结果有助于优化药物控释微系统驱动机构的设计。关键词：药物控释；驱动机构；MEMS；消化道：R318文献标识码：A国家标准学科分类代码：310.6110Dynamicscharacteristicstudyofthedrivingunitfordrugcontrolledreleaseinalimen-tarycanalZhuangYinping1,HouWensheng1,ZhengXiaolin1,2,Cui激anguo1,PiXitian1(1DepartmentofBiomedicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China；2NationalKeyLaboratoryFundamen-talScienceofMicro/Nano-deviceandSystemTechnology,Chongqing400044,China)Abstract：Micro-controlleddrugreleasesystemisanewtechnologyforstudyingthedrugabsorptioncharacteristicsinali-mentarycanal,inwhichdrivingunitisthekeytechnicalelementfordrugrelease.Inthispaper,mathematicalmodelanaly-sisandexperimentalteststudyarecarriedoutforthestudyoftheelectrothermicdrivingunitofthemicro-controlleddrugre-leasesystem.AccordingtoNewton’slawandtheprincipleofhydraulictransmission,amathematicalanalysismodelissetu-pandsimulatedbyMATLABsoftwaretoobtainthespeed-timeanddisplacement-timecurvesofthedrivingunitpistonmo-tion.Besides,testexperimentisdesignedaimingattheelectrothermicdrivingunittakingadvantageofahigh-speedcam-erasystem,andthekinematicalcharacteristicparametersofthedrivingunitareobtainedbyrecordingandanalyzingthedru-greleasedynamicprocessofthedrivingunit.Experimentresultshowsthatthepistonmotionprocessofthedrivingunitisdi-videdintoslow-fast-slowthreephasesanddrugdeliveryismainlycompletedinthesecondphase.Thestudyresultsofthepa-perarehelpfulinoptimizingthedesignofthedrivingunitofthemicro-controlleddrugreleasesystem.Keywords：drugcontrolledrelease;drivingunit;MEMS;alimentarycanal1引言随着新材料技术、传感器技术、通信技术、特别是集成电路（IC）技术和微机电系统（MEMS）技术的发展，用于消化道疾病无创诊疗的微型药物控释系统成为收稿日期：2009-02ReceivedDate：2009-02*基金项目：国家高技术研究发展计划(2006AA04Z343)、国家自然科学基金(30870661，30770569，30500120)、重庆市自然科学基金项目(CTST2007BB5165)、重庆市“十一五”科技重大专项“新型医疗器械”(CSTC2008AA5010)资助项目第30卷第10期仪器仪表学报Vol.30No.102009年10月ChineseJournalofScientificInstrumentOct.2009医药工业重要的研究方向[1-4]。一个典型的药物控释系统包括遥控接收模块/传感器单元、控制电路、药物存储腔体、能源和药物释放驱动装置等[5]。其中，微型驱动机构是药物控释系统中一个重要的组成部分，是药物释放成功的关键。目前已研制成功的微型驱动机构设计多种多样，驱动原理也不尽相同。如利用液压原理的微型泵[6]，利用电化学方式的气体电池[7-8]，以及利用电热方式的驱动机构设计[9]等。电热式驱动机构已经用于消化道定点药物控释系统中，当药物控释系统到达指定病变位置时，启动驱动机构，执行药物释放任务[10]。但是，关于驱动机构工作的可行性、药液驱动压强、射流速度等技术参数[11]都缺乏定量的研究，而这些参数对提高驱动机构工作可靠性上是一个技术障碍。因此,本...