【摘要】：微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是微電子與機(jī)械工程相結(jié)合而發(fā)展起來的新興學(xué)科。隨著MEMS技術(shù)的迅速發(fā)展,其應(yīng)用滲透到越來越多的領(lǐng)域,基于微針的經(jīng)皮給藥系統(tǒng)是目前比較活躍的應(yīng)用領(lǐng)域之一。這種新的給藥方式,既可應(yīng)用于大分子蛋白質(zhì)類藥物給藥,潛在的也能實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)、無痛以及定時(shí)、精確和連續(xù)給藥。但是在基于微針的透皮給藥技術(shù)的研發(fā)過程中,如何有效地驅(qū)動(dòng)微針或微針陣列刺入皮膚,是微針陣列走入商業(yè)化的一個(gè)關(guān)鍵問題。目前,基于微針的透皮給藥技術(shù),主要是集中在如何研究制造微針自身的有效結(jié)構(gòu),以便更好的刺入皮膚而不發(fā)生斷裂,更好的實(shí)現(xiàn)藥物輸送。以往的研究很少有提出過帶有驅(qū)動(dòng)裝置的微針,更不用說單片芯片上制造的微針和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。基于MEMS制造的柔順機(jī)構(gòu),其具有平面內(nèi)制造、易于集成、結(jié)構(gòu)簡單、無摩擦和磨損,不需要潤滑等優(yōu)勢,因此其作為MEMS微針的驅(qū)動(dòng)裝置是一個(gè)很好的選擇。本文首先闡述了本課題的研究背景及意義,介紹了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,討論了該領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢�；谥睏U柔性懸臂梁模型,討論了改變?nèi)犴樞缘娜N方法以及三種獲得大變形的方法,接著推導(dǎo)了偽剛體模型法中的三個(gè)重要參數(shù)。在對柔順機(jī)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,提出了一種應(yīng)用于基于微機(jī)電系統(tǒng)的橢圓弧形柔順桿,并進(jìn)行了理論分析。推導(dǎo)出了繞平面內(nèi)軸轉(zhuǎn)動(dòng)分別在力矩和力載荷情況下的等效剛度和平面外離軸方向的撓度。接著通過大型有限元分析軟件(ANSYS)進(jìn)行了仿真。然后,將理論分析結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證了本文采用的有限元分析方法對橢圓弧形柔順桿分析的有效性和準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,基于橢圓弧形柔順桿,設(shè)計(jì)了弧桿柔順機(jī)構(gòu),可應(yīng)用于微針陣列的驅(qū)動(dòng)。采用ANSYS有限元仿真軟件進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)位移和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等的仿真,發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力與柔順弧桿的短半軸b和最小寬度d的比值存在函數(shù)關(guān)系,通過該函數(shù)關(guān)系進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。接著提出了帶有弧桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的微系統(tǒng),該微系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)裝置為四個(gè)對稱式分布的弧桿柔順機(jī)構(gòu),用于微針陣列的驅(qū)動(dòng),并可與微針陣列通過微加工,集成在一個(gè)芯片上。并對其進(jìn)行了強(qiáng)度和位移的分析和討論,以及橢圓弧形柔順桿的參數(shù)對桿件的位移和應(yīng)力的影響分析。另外,作為對比參照,與同等尺寸參數(shù)的四個(gè)直桿柔順機(jī)構(gòu)對稱式分布的,帶有直桿驅(qū)動(dòng)裝置的微系統(tǒng)進(jìn)行了對比分析,分析討論了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)果表明:本文提出的新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)微針陣列的模擬中具有明顯優(yōu)點(diǎn),其產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)位移約為直桿驅(qū)動(dòng)裝置的1.8倍。最后,對具有微針驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)皮給藥系統(tǒng)的微加工工藝進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了基于微針的新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的加工工藝流程,并對關(guān)鍵工藝進(jìn)行了分析和討論。
【圖文】：

圖 1-1 文獻(xiàn)報(bào)道的不同微針的掃描電鏡照片針的透皮給藥技術(shù)的研發(fā)過程中，，如何有效地驅(qū)動(dòng)微針走入商業(yè)化的一個(gè)關(guān)鍵問題[7]。目前，基于微針的透皮制造微針自身的有效結(jié)構(gòu)，以便更好地刺入皮膚而不發(fā)送。以往的相關(guān)研究中很少有人提出帶有驅(qū)動(dòng)裝置的微微針和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。在宏觀尺度下，醫(yī)院的工作人員可以并控制助推器進(jìn)行藥物注射。但是在微觀尺度下，基于寸在微納米級，人類無法像日常生活那樣直接進(jìn)行打針機(jī)構(gòu)或者驅(qū)動(dòng)裝置，控制微針。驅(qū)動(dòng)問題是基于微針的個(gè)問題，如果想要實(shí)現(xiàn)基于微針的給藥微系統(tǒng)的自動(dòng)控。過連桿和鉸鏈將運(yùn)動(dòng)、力或能量從輸入端傳遞到輸出端nisms)[9]作為一種新型裝置，則是通過其自身的撓曲單元

圖 1-2 自然界中柔順性的例子存能量并產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)由來已久，在遠(yuǎn)古時(shí)期的公元武器和狩獵工具的記載[31]。彈弓是柔順元件早期世紀(jì)時(shí)就開始使用了[32]（如圖 1-3 所示）。但由文字記載，直到 20 世紀(jì) 80 年代，普渡大學(xué)的研分類研究和分析，并將其定義為——柔順機(jī)構(gòu)（
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH703

【參考文獻(xiàn)】

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2 邱麗芳;陳家興;張九俏;楊德斌;;平面折展升降柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2015年10期

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本文編號：2592550