经皮给药电穿孔仪的性能分析

　　1　引　　言

　　经皮给药电穿孔技术是把高压脉冲释放到皮肤上,使皮肤结构产生瞬时性变化,达到促进药物经皮渗透效果的一种给药技术[1],大量研究表明这种技 术可以提高多种药物的经皮渗透率[2]。电穿孔仪是经皮给药电穿孔技术研究中的关键仪器,至今,人们都是用基因导入仪来替代电穿孔仪[1-4]。基因导入 仪用了许多高压电技术,如高能开关、矩形脉冲发生、电容量测量、电弧保护、闸流管铁撬、电流转向、负载电阻测量、电容扩展等[5-8],具有超高电压、大 体积、受生物负载影响大的特点。而在皮肤电穿孔中,脉冲电压在400 V以内,脉冲宽度在几ms到几百ms之间,药物经皮渗透率与电容释放的能量有关。因此,设计符合经皮给药要求的电穿孔仪具有重要意义。本文对原研制的经皮 给药电穿孔仪[9]进行性能分析,并实现一些改进,为进一步研制小型或微型经皮给药装置提供理论和技术上的支持。

　　2　仪器组成

　　本仪器是利用电容通过皮肤放电,在皮肤上产生短时脉冲电压,它是由蓄能电容器组、脉冲控制器、电压发生器等部分组成,如图1所示。

　　2.1　蓄能电容器组

　　蓄能电容器组是由2. 2μF、22μF、47μF和100μF四个电容器组成,由电容选择器选择其中的一个电容,被选择的电容器通过切换开关K,在脉冲控制器的控制下通过并联 电阻向皮肤放电,产生指数衰减型的脉冲电压。脉冲控制器产生一个宽度为Tw、周期为Tp的方波控制信号。在方波控制信号为低电平时,即t<0,开关 K处于常闭a位置,电压发生器向蓄能电容C充电,充电末期电压为VM。在方波控制信号为高电平时,即0≤t K被切换到常开b位置,电容C向皮肤RS和并行电阻RI按指数衰减规律放电。当时间在Tw≤t 制信号恢复为低电平,开关K回复到a位置,电容C再次被充电,并等待下一个脉冲控制信号向皮肤放电。在脉冲控制器的控制下,可以多次向皮肤放电。在一个周 期Tp内,皮肤上的脉冲电压V(t)为:

　　式中:τ是放电时间常数,其值为:

　　本仪器用4个不同容量的电容器作为蓄能电容器组,可以扩大蓄能电容能量和放电时间常数的范围,用4选1数据选择器实现电容器选择功能[9]。

　　2.2　脉冲控制器

　　脉冲控制器是一种由555定时器组成的多谐振荡器,用于产生方波控制信号。多谐振荡器输出信号高电平时间T1、低电平时间T2和周期Tp分别为:

　　式中:RX为555定时器放电端DIS电阻,R1为放电端DIS与阈值端THR电阻,CT为阈值端THR电容。从式(5)可见,电阻RX可以控 制方波控制信号的周期Tp。在原设计的经皮给药电穿孔仪中用一个脉冲率选择器实现对电阻RX的选择,并产生1×10-6、2×10-6、4×10-6、 8×10-6、10×10-6、20×10-6和40×10-6(1/min)七种脉冲率[9]。