皮膚阻抗分析有助于主動和被動透皮給藥

藥物輸送是制藥行業(yè)增長最快的領(lǐng)域之一，領(lǐng)先的公司積極開發(fā)注射劑的替代品?？诜?、局部、肺部（吸入器型）、納米技術(shù)和透皮給藥系統(tǒng)等選擇都是當前的研究領(lǐng)域。透皮方法的特點是通過患者皮膚無創(chuàng)輸送藥物，以兩種方式之一克服皮膚的保護屏障：被動吸收和主動滲透。

透皮貼劑是最常見的被動給藥方法之一。應(yīng)用于患者的皮膚，在受控的時間內(nèi)安全舒適地提供指定劑量的藥物。藥物通過皮膚吸收到血液中。尼古丁貼片就是一個很好的例子，但其他常見用途包括暈車、激素替代療法和節(jié)育。被動遞送有兩個主要缺點：藥物吸收的速度取決于皮膚阻抗，并且只有有限數(shù)量的藥物能夠以可接受的速率擴散通過皮膚的保護屏障。因此，對積極的透皮給藥方法進行了大量投資。透皮給藥的活躍方法包括：使用超聲波能量加速藥物擴散，使用射頻能量通過角質(zhì)層（表皮外層）創(chuàng)建微通道和離子電滲療法。

圖1.離子 導(dǎo)入。

離子電滲療法使用電荷主動將藥物通過皮膚輸送到血液中。該裝置由兩個包含帶電藥物分子的腔室組成。帶正電荷的陽極將排斥帶正電荷的化學(xué)物質(zhì)，而帶負電荷的陰極將排斥帶負電荷的化學(xué)物質(zhì)。兩個腔室之間產(chǎn)生的電磁場以受控方式主動將藥物傳播到皮膚中。

皮膚阻抗是透皮給藥的關(guān)鍵變量。復(fù)阻抗取決于年齡、種族、體重、活動水平和其他因素，與頻率相關(guān)且難以建模。皮膚阻抗的動態(tài)測量為最佳藥物輸送提供了準確實用的解決方案。

阻抗譜有助于準確分析復(fù)雜的阻抗，例如人體皮膚，利用電阻、電容器和電感阻抗隨頻率變化不同的事實。隨著頻率的增加，電阻的阻抗保持不變;電容器的阻抗降低;電感的阻抗增加。用已知交流波形激勵測試阻抗可以確定未知阻抗的電阻、電感和電容成分。直接數(shù)字頻率合成器 （DDS） 具有靈活的相位頻率、幅度、掃描能力和可編程性，使其成為激勵未知阻抗的理想選擇。嵌入式數(shù)字處理和增強的頻率控制使器件能夠生成合成的模擬或數(shù)字步進波形。圖2顯示了一個簡單的阻抗分析儀的框圖。完整的低功耗75 MHz DDS產(chǎn)生的交流波形由高速軌到軌運算放大器AD8091進行濾波、緩沖和調(diào)節(jié)。另一個AD8091緩沖響應(yīng)信號并對其進行縮放，以匹配AD7476A 12位、1 Msps、逐次逼近型ADC的輸入范圍。

圖2.簡單的阻抗分析儀。

然而，這種簡單的信號鏈掩蓋了一些潛在的挑戰(zhàn)。首先，ADC必須在整個頻率范圍內(nèi)同步采樣激勵和響應(yīng)波形，以便保持相位信息。優(yōu)化此過程是整體性能的關(guān)鍵。此外，還涉及許多分立元件，因此不同的容差、溫度漂移和噪聲會降低測量精度，尤其是在處理小信號時。

AD5933是一款12位、1 Msps集成阻抗轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)分析儀，通過將DDS波形發(fā)生器和SAR ADC集成到單芯片中，克服了這些限制，如圖3所示。

圖3.AD5933功能框圖

AD5933的輸出阻抗為幾百歐姆，具體取決于量程。該阻抗可能會淹沒未確定的阻抗，因此運算放大器AD8531緩沖信號，如圖4所示。請注意，AD5933的接收端內(nèi)部偏置至VDD/2，因此必須將相同的電壓施加到外部放大器的同相端子上，以防止飽和。出于安全原因，所有激勵電壓和電流在應(yīng)用于人體組織之前都需要進行信號調(diào)理、衰減和濾波。

圖4.低阻抗測量配置。

審核編輯：郭婷