電解再化合控制遮蔽件和其制造方法
【專利說明】電解再化合控制遮蔽件和其制造方法
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[0002]本申請要求2013年6月25日提交的美國序列號61/839，166的優(yōu)先權和權益，其全部公開內容通過引用并入本文。
發(fā)明領域
[0003]在各種實施方案中，本發(fā)明總體涉及電極制作，更具體地涉及用于電解栗裝置的電極的制作。
[0004]發(fā)明背景
[0005]電解栗使用電化學產生的氣體作為壓力源，所述壓力源用于將流體(例如，藥劑)從一個位置配送到另一個位置。例如，在浸入在水性電解質中的兩個金屬電極(例如，鉑、金或鈀)之間合適的電壓的施加產生氧氣和氫氣，所述氧氣和氫氣可以施加壓力到活塞、膜、隔膜、或其它力傳送器。水的電解在再化合催化劑(諸如鉑)的存在下，快速且可逆地發(fā)生，所述再化合催化劑在不存在施加的電壓時，催化氫和氧的再化合而重新形成水。電解機制可以有利地用于藥物遞送，因為它們可以被電子化控制并且電解和藥物儲器重新填充。
[0006]電解栗對藥物遞送應用提供了幾個優(yōu)點。它們的低溫、低電壓和低功耗操作使得它們非常適合于在體內長期工作。對于眼部應用，電解栗有利地產生可忽略的熱，并且還可以實現(xiàn)高的應力-應變關系。此外，氣體氣析出甚至在加壓環(huán)境(例如，300MPa)下進行，并產生氧氣和氫氣，所述氧氣和氫氣有助于體積膨脹，該體積膨脹約是在反應中使用的電解質(例如，水)的千倍。此外，它們使它們自身容易使用微電子來控制施加到栗的電壓和電流(并因此控制壓力產生的時間模式)。
[0007]然而，電解栗一般需要面向具體應用的制作。電極配置和圖案例如可以設計或改造成以適應不同的栗送要求，所述栗送要求反過來轉化為電壓、電流、和再化合的要求。電極效率進一步受到電極材料、幾何形狀和表面條件的影響。
[0008]電解裝置的總效率還受系統(tǒng)級參數(shù)的影響，所述系統(tǒng)級參數(shù)諸如為栗的尺寸、藥物儲器尺寸、藥物儲器形狀、電解質混合物的特性、流體連接到藥物儲器的止回閥的開啟壓力、和使用過程中該栗可能經受的環(huán)境壓力。這些次要因素間接影響電解電極的要求。
[0009]電極可以被設計成不同的形狀。例如，由插入到藥物腔室中的兩個扁平電極組成的簡單的配置。更精細的圖案樣式有成形為平行桿、平行線，同軸構件等的電極。電極也可以被圖案化到表面上，以增加暴露的表面積。此外，出于冗余目的，也可以使用多對電極。
[0010]由于用于電池的有限空間、有關充電的順應性問題、和/或與外植入非充電裝置有關的成本，可植入的醫(yī)療設備具有仔細預算的功率要求。其結果是，通常執(zhí)行細致的計算和重復測試來確保面向具體應用的電極配置滿足裝置的功率需求。諸如電解氣體產生速度、再化合速度和電流消耗等參數(shù)可通過電極材料、間距、形狀、寬度等的迭代修改而調整。然而，目前這種迭代過程涉及成品裝置的構造，所述成品裝置中的每一個被測試并修改，用于下一次迭代。目前沒有切實可行的修改或改變已經制造好的電極的圖案的方法，以便于測試和進一步的修改。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的實施方案提供了結合在電解芯片上的再化合的遮蔽件，以通過遮蔽掉暴露于電解質溶液的電極的部分而調整電解參數(shù)。這防止電解氣體觸及電極上的催化劑而再化合。由諸如鉑等催化材料制成的電極的遮蔽掉的區(qū)域減慢了這些氣體再化合回到電解質，從而對電解速率一特別是對氣體產生的速率與氣體再化合的速率的比率一提供控制，氣體產生的速率與氣體再化合的速率的比率代表栗性能的關鍵參數(shù)。如果在給定的電解電流下，過多的氣體再化合，則栗送停止，并且需要更大的電解電流來促進氣體的產生并驅動藥物遞送。
[0012]在一些實施方案中，電極是彼此間隔開的分立構件。在這樣的配置中，兩個電極可以被對稱地遮蔽(通過單個遮蔽件或通過在各電極上的遮蔽件)或單個電極可以被屏蔽；操作效果將是等同的。
[0013]因此，在第一方面，本發(fā)明涉及用于給送液體的裝置。在各種實施方案中，該裝置包括殼體；在所述殼體內的栗組件，所述栗組件包括儲器、電解施力機構和插管，所述插管用于響應于所述施力機構所施加的壓力，將液體從所述儲器引導到在所述殼體的外部的排出部位；和在所述施力機構內部的電解質儲器和所述電解質儲器中的電極組件，所述電極組件包括(i)至少兩個電極和(ii)在所述電極中的至少一個電極的部分之上的不透氣的遮蔽件。
[0014]所述遮蔽件的尺寸和形狀可以設置成使得遮蔽的電極部分與未遮蔽的電極部分的比率獲得氣體再化合與氣體產生的目標操作比率。在典型的實施方式中，所述電極設置在電解芯片上。所述電極可以包括下述的至少一種或實質上由其組成:在帕利靈(parylene)、陶瓷、或生物相容性絕緣體上的鈾、金、或銀。因此，所述電極可以充當再化合催化劑，但附加的再化合催化劑可以加入到電解質儲器以增加再化合。
[0015]在一些實施方案中，所述遮蔽件結構的至少部分用環(huán)氧樹脂粘接到所述電極。所述遮蔽件結構可以包括或實質上由PEEK、陶瓷、鋁組成。間隔件可以插在支撐所述電極的芯片和覆蓋結構(諸如膨脹膜)之間，且所述間隔件的高度限定電解質儲器的高度。一般情況下，所述間隔件包圍所述電極并且不結合到所述電極。
[0016]在另一方面，本發(fā)明涉及用于給送液體的裝置的制造方法，特別地，所述裝置包括殼體和在所述殼體內的栗組件，所述栗組件包括儲器、氣體驅動施力機構和插管，所述插管響應于所述施力機構所施加的壓力，用于將液體從所述儲器引導到在所述殼體的外部的排出部位，該裝置還包括在栗送機構內部的電解質儲器。在各種實施方案中，所述方法包括以下步驟:提供至少兩個電極；用不透氣的材料遮蔽所述電極中的至少一個電極的部分；和將所述電極引入到所述電解質儲器，其中電極的暴露部分設計圖案成實現(xiàn)所述儲器中的氣體再化合與氣體產生的目標操作比率。
[0017]該遮蔽步驟可包括通過圖案模板將不透氣的材料沉積在所述電極中的至少一個上。替代性地，不透氣材料可以通過化學氣相沉積而施加。在各種實施方案中，遮蔽步驟包括通過在預定的圖案中逐點印刷而將所述不透氣的材料沉積在電極中的至少一個上。替代性地，所述遮蔽步驟包括將不透氣的材料粘附到所述電極中的至少一個。間隔件可以設置到所述電解質儲器的非電極部分。
[0018]貫穿本說明書，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個實施方案”或“實施方案”的引用意味著結合該實施例所描述的特定特征、結構或特性被包括在本技術的至少一個實施例中。因此，在貫穿本說明書的各個地方，短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“在一個實施方案中”、“在實施方案中”的出現(xiàn)不一定都指代同一實施例。此外，特定的特征、結構、例程、步驟或特性可以以任何合適的方式被組合在技術的一個或多個實施例中。本文提供的標題僅是為了方便而并沒有試圖限制或解釋所要求保護的技術的范圍或含義。術語“基本上”或“大約”是指±10% (例如，按重量計或按體積計)，且在一些實施方案中是指±5%。術語“實質上由…組成”不包括其它功能性材料，除非本文另有說明。然而，這樣的其它材料可以以全體或個別的方式以可追跡的量存在。
【附圖說明】
[0019]在附圖中，貫穿不同的視圖，相同的附圖標記通常指代相同的部件。此外，附圖不一定按比例繪制，相反重點通常在于示出本發(fā)明的原理。在以下的描述中，參照以下附圖描述本發(fā)明的各種實施方案，其中:
[0020]圖1示意性地示出結合本發(fā)明可用的電解栗側剖視圖。
[0021]圖2是適于在圖1中所示的栗中使用的電解電極布置的平面圖。
[0022]圖3是圖2中所示的電極布置的平面圖，其中，遮蔽件覆蓋所述電極表面的部分。
[0023]圖4是示出間隔件與圖3中所示的遮蔽件一起使用的分解圖。
【具體實施方式】
[0024]典型的藥物遞送裝置包括儲器和插管，所述儲器裝有包括治療劑(例如，藥物)的液體，所述插管與儲器流體連通。在所述插管的遠端處或附近，所述插管具有出口，所述出口構造成用于與患者的目標治療部位(例如，患者的眼睛、耳朵、腦、肌肉等)流體連通。所述裝置還包括在電解槽中的一對電極。在電極之間施加的電壓自所述電解流體中產生氣體。所產生的氣體將力施加在力傳送器上，諸如為活塞、隔膜或膜，所述力傳送器迫使液體從儲器流入所述插管并通過出口。換而言之，電極操作電解栗。電解質儲器和藥物儲器之間的各種壓力傳送配置和接口可以被改造成適應栗的結構限制。這些限制在藥物遞送裝置是可植入的實施方案中是更大的。根據(jù)目標治療部位和將要遞送的治療劑的要求，替代性流體連通方法可以被并入，包括一個或多個插管、針、滲透膜、或燒結梯度(sinteringgradients)。
[0025]代表性的電解驅動式藥物遞送裝置100示于圖1。所示的裝置100包括一對腔室130、140 (例如，帕利靈包封)和插管120。上部腔室130限定藥物儲器，所述藥物儲器裝有將要以液體形式給送的一種或多種藥物，且下部腔室140包含流體(例如，和電解流體)，當所述流體被進行電解時，析出氣體，所述氣體包括一種或多種氣體產品(如在一個實施方案中，電解腔室內的流體的電解產生兩種氣體&和02)。這兩個腔室由隔膜150分開。隔膜150可以是彈性的和/或可以帶波紋，從而為其提供膨脹，以響應在下部腔室140內的流體從液體到氣體狀態(tài)的相變。隔膜150可以由一個或多個帕利靈膜和/或復合材料制成，隔膜150和治療劑的流體路徑的其它部件可以由生物相容的材料制成。
[0026]腔室130、140可以位于成形的保護罩或殼160內，保護罩或殼160由相對剛性的生物相容性材料(例如，醫(yī)用級聚丙烯、金屬、和/或生物相容的塑料)制成。殼160提供堅硬的表面，藥物儲器腔室130的外壁110對該堅硬的表面施加壓力，且該堅硬的表面保護栗免受意外的外力。殼160可以包括覆有帕利靈的固體、穿孔或非穿孔的生物相容性材料。包括例如電池和用于電力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袘€圈的控制電路170被嵌入下部腔室140的下方(例如，下部電解腔室140的底壁280和殼體160的底板之間)。在一個實施方案中，控制電路170嵌入在保護性封裝件(諸如但不限于，硅和/或帕利靈包封)?？刂齐娐?70對定位在下部腔室140內的一個或多個電解電極240提供電力，并且可以由諸如但不限于導電性環(huán)氧樹脂等材料固定到電解電極240，該導電性環(huán)氧樹脂包括生物相容性材料(例如金或銀)。電解