專利名稱：流體分配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體分配系統(tǒng)，其包括入口，用于接收輸入流體，出口，用于分配一定數(shù)量的輸出流體，泵，放置在所述入口與所述出口之間，用于將所述數(shù)量的輸出流體泵送到所述出口。
這種流體分配系統(tǒng)可從以下的論文中得知由M.W.J.Prins等人發(fā)表在Science291(2001)277上的‘Fluid control in multichannelstructures by electrocapillary pressure’。
已知的流體分配系統(tǒng)包括壁內(nèi)部具有電極的微通道。所述微通道充滿不能混溶的、具有不同電導(dǎo)率的兩種流體。已知的流體分配系統(tǒng)中，以電毛細(xì)管現(xiàn)象為基礎(chǔ)控制流體流量，也就是，明顯依賴于流體和微通道壁之間的電荷密度積累的界面的界面張力。具有電極的微通道執(zhí)行泵的功能。已知的流體分配系統(tǒng)通過(guò)電毛細(xì)管效應(yīng)涉及微泵送。特別地，通過(guò)電毛細(xì)管壓力產(chǎn)生微泵送動(dòng)作，所述電毛細(xì)管壓力起源于對(duì)微通道中界面張力的靜電控制。流入或流出微通道的流量由分別起入口和出口作用的連通通道調(diào)節(jié)。引用的文章提到已知的流體分配系統(tǒng)中大約采用4000個(gè)微通道。
本發(fā)明的目的是提供一種流體分配系統(tǒng)，其能用于操作各種各樣的輸入和輸出流體。
該目的由根據(jù)本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其中所述泵包括一個(gè)或若干通道，以及所述一個(gè)或若干通道設(shè)置有電極，所述流體分配系統(tǒng)設(shè)置有用于將輸入流體與輸出流體隔離的屏障，以及所述屏障不能滲透過(guò)輸入和/或輸出流體。
屏障將輸入流體與輸出流體隔離，因此，可采用不相容的或者甚至互相侵蝕的流體作為輸入和輸出流體。
特別地，所述屏障形成為流體隔膜，也就是，彎月面。當(dāng)可以是氣體或液體的流體塞插入輸入流體和輸出流體之間的單個(gè)或者多個(gè)通道時(shí)，就形成這種流體隔膜。特別地，單個(gè)或者多個(gè)通道形成為毛細(xì)管。流體隔膜形成為分別在輸入流體和流體塞之間以及輸出流體和流體塞之間的彎月面。這些流體隔膜沿著通道的縱向軸線非常平穩(wěn)、并沒(méi)有滯后地移動(dòng)。相應(yīng)地，被分配的輸出流體的數(shù)量可非常精確地控制。此外，基于電毛細(xì)管效應(yīng)的流體分配系統(tǒng)具有低泄漏和高能量的效率。這使得本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)特別適合用于可植入的藥物輸送系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些和其它方面將參考從屬權(quán)利要求中定義的實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述。
優(yōu)選地，設(shè)置位于一個(gè)或若干通道面對(duì)所述入口的一側(cè)的入口障礙。同樣，優(yōu)選地，設(shè)置位于一個(gè)或若干通道面對(duì)所述出口的一側(cè)的出口障礙。該入口和出口障礙起到將流體塞保持在其通道內(nèi)部的作用。因?yàn)榱黧w塞被保持在討論的通道內(nèi)部，所以確保了所述數(shù)量的輸出流體的精確控制。特別地，避免因?yàn)榱黧w塞退出通道而產(chǎn)生的輸出流體的不可控制分配。有形成入口障礙和/或出口障礙的各種方式。例如，親流體(fluidophilic)涂層施加到通道壁內(nèi)部的局部。這種親流體涂層對(duì)流體塞的流體具有強(qiáng)附著力。例如，當(dāng)流體塞由水溶液制成時(shí)，入口障礙和/或出口障礙由親水涂層制成。當(dāng)輸入流體是無(wú)極性油時(shí)，親油涂層施加到通道壁內(nèi)部的局部，以便形成入口障礙和/或出口障礙。所述入口障礙和/或出口障礙的另一個(gè)實(shí)施例是設(shè)置在通道出口側(cè)的多孔結(jié)構(gòu)。這種多孔結(jié)構(gòu)起到用于流體塞的屏障作用。例如采用蜂巢結(jié)構(gòu)作為多孔結(jié)構(gòu)。相比增加流入通道的輸入流體的流動(dòng)阻力，該多孔結(jié)構(gòu)更加強(qiáng)烈地抑制輸入流體和流體塞之間的彎月面離開所述多通道。在電毛細(xì)管力的作用下，0到0.1m/s之間的流量已經(jīng)被論證。但是，低速率可用于分配應(yīng)用，例如，每分鐘微升級(jí)或者更低，因此增加的流動(dòng)阻力不會(huì)負(fù)面影響流體分配系統(tǒng)的運(yùn)行。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，流體分配系統(tǒng)設(shè)置有壓力系統(tǒng)，用于向通道中的流體施加可控制的偏置壓力。該偏置壓力作為流體靜壓被運(yùn)用。相應(yīng)地，產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)泵送動(dòng)作的電毛細(xì)管效應(yīng)需要的電壓與飽和電毛細(xì)管效應(yīng)發(fā)生的電壓相比位于相對(duì)低的區(qū)域。所述偏置壓力可調(diào)整地控制流體分配系統(tǒng)，以便避免輸入流體進(jìn)入通道從而沒(méi)有施加電壓時(shí)輸出流體非故意地分配到出口。
優(yōu)選地，壓力系統(tǒng)的功能由流體塞執(zhí)行。接著選擇流體塞的流體，以致流體塞的流體分別與輸入流體和輸出流體形成鏡像的彎月面。實(shí)例是水溶液/非極性油/水溶液，以及水溶液/氣體/水溶液。這種結(jié)構(gòu)引起通道中的毛細(xì)管壓力，其用作偏置壓力。
在流體分配系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，所述流體塞比通道的長(zhǎng)度短得多。例如，厘米長(zhǎng)度的微通道內(nèi)有幾微米長(zhǎng)度的塞。塞/通道的比率可在10-4到0.2之間。在該實(shí)施例中，泵送功能完全集成在通道內(nèi)，因而，流體分配系統(tǒng)緊湊、尺寸小，例如幾立方厘米。這種緊湊的流體分配系統(tǒng)非常適合于植入人體，對(duì)使用者沒(méi)有任何不舒適。有利地采用該植入的流體分配系統(tǒng)，以便管理從出口到使用者的藥物劑量。所述流體分配系統(tǒng)能連續(xù)地或者非常有規(guī)律地分配藥物，不會(huì)有干涉，例如注射藥物或者口服藥物。
參考后面描述的實(shí)施例和附圖，本發(fā)明的這些和其它方面將會(huì)闡明，其中

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)的示意圖，圖2顯示本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，圖3顯示圖2所示的本發(fā)明流體分配系統(tǒng)實(shí)施例的另一種描述，以及圖4顯示圖3所示流體分配系統(tǒng)的通道5之一的正視圖。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)的示意圖。泵3放置在入口1和出口2之間。泵包括若干通道5。此處實(shí)例僅顯示兩條通道，但是實(shí)際上可以采用更多數(shù)量的通道。采用更多的通道是有利的，因?yàn)槠湓试S更多的流體被移動(dòng)。同樣，使用小直徑的通道是有利的，因?yàn)閴毫εc通道直徑成反比。這些通道可形成為具有毛細(xì)管半徑的毛細(xì)管微通道，所述毛細(xì)管半徑在1mm和3μm之間，例如大約40μm。微通道充滿不混溶流體；這些流體之間的彎月面11。在微通道壁上局部設(shè)置圓柱形電極12。例如，電極是金屬層，其施加在微通道部分圓柱形表面內(nèi)或上。圓柱形電極由若干片形成。因?yàn)閱为?dú)的片被施加各自的電壓，所以這些片能被單個(gè)激勵(lì)。位于微通道和壁的流體之間的電勢(shì)差依賴于施加在電極12上的電壓，該電勢(shì)差引起微通道中的電毛細(xì)管壓力，其驅(qū)動(dòng)泵3的泵送動(dòng)作。電壓源裝置51向電極片提供電壓。選擇電路52布置成向各個(gè)微通道5的各個(gè)電極片供給電壓?？刂茊卧?3，例如微處理器，與選擇電路52控制輸入端連接，控制選擇電路52的設(shè)置，以便將電壓施加到各個(gè)電極片。例如當(dāng)鄰近的電極片被成功激勵(lì)時(shí)，微通道中兩種流體之間的彎月面沿著微通道被推動(dòng)，以便完成泵送動(dòng)作。
在圖1所示流體分配系統(tǒng)的實(shí)施例中，入口與入口儲(chǔ)存室21連接，出口2與出口儲(chǔ)存室22連接。出口儲(chǔ)存室充滿輸出流體。在出口儲(chǔ)存室中，例如存儲(chǔ)將被釋放到出口的藥物，以及入口儲(chǔ)存室充滿輸入流體。在入口儲(chǔ)存室中放置有入口屏障61，以及在出口儲(chǔ)存室中放置有出口屏障62。入口屏障將輸入流體與微通道中的流體隔離。出口屏障將輸出流體與微通道中的流體隔離。這些入口屏障和出口屏障是柔性隔膜，其可分別沿著入口儲(chǔ)存室和出口儲(chǔ)存室的縱向軸線移動(dòng)。縱向軸線沿著從入口到出口的方向延伸穿過(guò)入口儲(chǔ)存室和出口儲(chǔ)存室，其中泵的泵送動(dòng)作使被泵送的流體移動(dòng)。當(dāng)一定數(shù)量的輸出流體被從出口2分配時(shí)，這些柔性隔膜也使隔膜任一側(cè)的流體壓力保持一致。因此，少量的流體，例如藥物，能以精確可控的方式被分配。
圖2顯示本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。在圖2的實(shí)施例中，屏障6形成為單個(gè)微通道5中的流體塞8。流體塞8由流體形成，所述流體與輸入和輸出流體不混溶，與輸入和輸出流體形成各自的彎月面。流體塞8通過(guò)電毛細(xì)管壓力移動(dòng)，所述電毛細(xì)管壓力通過(guò)激勵(lì)電極12產(chǎn)生。流體塞8在微通道中可移動(dòng)，具有與輸入流體和輸出流體形成其彎月面的流體塞8將輸入流體與輸出流體隔離。而且，流體塞8以非常低的阻力、幾乎沒(méi)有滯后地沿著微通道移動(dòng)。在圖2所示流體分配系統(tǒng)的實(shí)施例中，入口障礙和/或出口障礙結(jié)構(gòu)7采用局部親流體涂層7的形式，所述涂層分別施加到朝著入口和出口的微通道端部處的微通道內(nèi)壁上。該親流體涂層對(duì)流體塞的流體具有強(qiáng)吸引力。強(qiáng)吸引力防止流體塞6從其微通道中退出。例如，所述屏障是涂有親流體層的多孔材料，例如涂有鋁氧化物的多孔鋁或多孔塑料，以及流體是水溶液。
圖3顯示圖2所示的本發(fā)明流體分配系統(tǒng)實(shí)施例的另一種描述。特別地，圖3所示的流體分配系統(tǒng)中的入口障礙和/或出口障礙形成為朝著入口的微通道端部處的微通道中的多孔結(jié)構(gòu)。因?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)8中的高表面區(qū)域防止輸入流體和流體塞8之間的彎月面通過(guò)多孔結(jié)構(gòu)8以及從為通道中退出。
圖4顯示圖3所示流體分配系統(tǒng)的通道5之一的正視圖。圖4中顯示具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)8的多孔結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種流體分配系統(tǒng)，包括入口，用于接收輸入流體，出口，用于分配一定數(shù)量的輸出流體，泵，放置在所述入口與所述出口之間，用于將所述數(shù)量的輸出流體泵送到所述出口，以及其中所述泵包括一個(gè)或若干通道，以及所述一個(gè)或若干通道設(shè)置有電極，所述流體分配系統(tǒng)設(shè)置有用于將輸入流體與輸出流體隔離的屏障，所述屏障不能滲透過(guò)輸入和/或輸出流體。
2.如權(quán)利要求1所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，所述屏障設(shè)置在所述通道的至少一個(gè)中。
3.如權(quán)利要求2所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，所述通道沿著各自的縱向軸線被引導(dǎo)，其中所述屏障包括可分離的柔性隔膜，所述柔性隔膜沿著相應(yīng)的縱向軸線可移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，所述通道沿著各自的縱向軸線被引導(dǎo)，其中所述屏障包括可分離的流體塞，所述流體塞沿著相應(yīng)的縱向軸線可移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求2所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，包括位于一個(gè)或若干通道面對(duì)所述入口的一側(cè)的入口障礙結(jié)構(gòu)和/或位于一個(gè)或若干通道面對(duì)所述出口的一側(cè)的出口障礙結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，所述入口障礙結(jié)構(gòu)和/或出口障礙結(jié)構(gòu)包括親流體涂層。
7.如權(quán)利要求5所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，所述入口障礙和/或出口障礙結(jié)構(gòu)包括多孔結(jié)構(gòu)，特別是蜂巢形結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求5所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，所述入口障礙和/或出口障礙結(jié)構(gòu)包括用于向通道中的流體施加可控制偏置壓力的壓力系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求4所述的流體分配系統(tǒng)，其特征在于，所述流體塞比通道的長(zhǎng)度短得多，特別地，流體塞尺寸和通道長(zhǎng)度的比率在10-4到0.2的范圍之內(nèi)。
全文摘要
一種流體分配系統(tǒng)包括用于接收輸入流體的入口和用于分配一定數(shù)量的輸出流體的出口。泵放置在所述入口與所述出口之間，用于將所述數(shù)量的輸出流體泵送到所述出口。所述泵包括一個(gè)或若干通道，所述一個(gè)或若干通道設(shè)置有電極。設(shè)置有屏障，優(yōu)選地位于通道內(nèi)部用于將輸入流體與輸出流體隔離。所述屏障不能滲透過(guò)輸入和/或輸出流體。優(yōu)選地，所述屏障形成為能沿通道移動(dòng)的流體塞。
文檔編號(hào)F04B19/00GK1732026SQ200380108072
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者M·W·J·普林斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司