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(kāi)發(fā)替代注射的給藥方式?？诜?、外用、吸入式、納米技術(shù)和透皮給藥系統等都是目前的熱門(mén)研究領(lǐng)域。透皮給藥是一種透過(guò)病人皮膚的無(wú)創(chuàng )輸送藥物方法，藥物通過(guò)兩種途徑穿透皮膚保護層：被動(dòng)吸收或主動(dòng)滲透。

 

透皮貼片是最常見(jiàn)的被動(dòng)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(shí)間內輸送給病人。藥物通過(guò)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(jiàn)應用包括暈車(chē)藥、激素替代療法和節育避孕。被動(dòng)給藥的缺點(diǎn)主要有兩個(gè)：一是藥物吸收的速度取決于皮膚阻抗，二是只有少數藥物能夠以合理的速率滲透皮膚保護層。因此，大量研究都集中在主動(dòng)透皮給藥。主動(dòng)方法包括：利用超聲能量加速藥物擴散，利用RF能量建立穿過(guò)角質(zhì)層（表皮外層）的微通道，以及離子滲透法。

 

圖1. 離子滲透法

 

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

 

皮膚阻抗是透皮給藥的一個(gè)關(guān)鍵變量。該阻抗十分復雜，依年齡、種族、體重、運動(dòng)水平和其它因素而有所不同，并與頻率有關(guān)，難以模擬。動(dòng)態(tài)測量皮膚阻抗為實(shí)現最佳給藥提供了一種準確而實(shí)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，借助阻抗頻譜準確分析人體皮膚等復雜阻抗。當頻率提高時(shí)，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(gè)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。嵌入式數字信號處理和增強的頻率控制，使這些器件能夠產(chǎn)生合成的模擬或數字頻率步進(jìn)波形。圖2顯示了一個(gè)簡(jiǎn)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，高速軌到軌運算放 大器AD8091對其進(jìn)行濾波、緩沖和放大。另一個(gè) AD8091 緩沖響應 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。

 

圖2. 簡(jiǎn)單阻抗分析儀

 

不過(guò)，在這一簡(jiǎn)單信號鏈的背后，隱藏著(zhù)一些挑戰。首先，ADC必須在頻率范圍內對激勵和響應波形進(jìn)行同步采樣，以便維持相位信息。優(yōu) 化這一過(guò)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(shí)。

 

AD5933 12位、1 MSPS集成阻抗轉換器網(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。

 

圖3. AD5933功能框圖

 

AD5933的輸出阻抗為數百歐姆，具體取決于輸出范圍。該阻抗可能 會(huì )覆蓋未知阻抗，因此使用運算放大器 AD8531 來(lái)緩沖信號，如圖4所示。請注意，AD5933的接收端內部偏置到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(jiàn)，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(guò)信號調理、衰減和濾波。

 

圖4. 低阻抗測量配置

 

 

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