A MEMS-Based Drug Delivery Device With Integrated Microneedle Array—Design and Simulation

微电子机械系统 药物输送 药品 计算机科学 材料科学 工程类 纳米技术 医学 药理学
作者
Farshid Meshkinfam,Ghus Rizvi
出处
期刊:Journal of biomechanical engineering [ASM International]
卷期号:143 (8) 被引量:11
标识
DOI:10.1115/1.4050754
摘要

One of the most effective treatments for type 1 and 2 diabetes is the administration of Insulin. Single needle mechanical insulin pumps are heavy and painful. Microneedle-based MEMS drug delivery devices can be an excellent solution for insulin dosing. The stackable structure provides minimum dimensions and the final product can be in the form of a patch that can be applied to any flat area of human skin. The use of microneedle array provides a safe, painless, and robust injection application. The design of positive volumetric insulin pump is a Multiphysics problem where the volumetric changes of the main pump chamber and the pumped fluid are directly coupled. We use a Multiphysics simulation system to investigate the performance of a MEMS-based insulin micropump with a piezoelectric actuator pumping a viscous Newtonian fluid. The model captures the accumulated out-flow, the netflow, or flow fluctuations based on deflection of piezoelectric diaphragm actuator. Different input voltages and different excitation frequencies cause movement of piezoelectric actuator, which moves the diaphragm disk in positive-negative directions thereby inducing discharge pressures at the microneedle array. In this study, we address various aspects of design and simulation of a MEMS-based piezoelectric insulin micropump including polydimethylsiloxane microvalves and microneedle array. We investigate the micropump performance at human skin interfacial pressure to match minimum to maximum delivery targets/requirements for total range of diabetic patient's expected operating parameters. comsolmultiphysics is used for this study.

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