形成用于生物醫(yī)療裝置的包括層合物和沉積的分隔物的生物相容性通電元件的方法
【專利說(shuō)明】形成用于生物醫(yī)療裝置的包括層合物和沉積的分隔物的生 物相容性通電元件的方法
[0001] 相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本專利申請(qǐng)要求2014年8月21日提交的名稱為"METHODSANDAPPARATUSTO FORMBIOCOMPATIBLEE肥RGIZATIONELEMENTSFORBIOMEDICALDEVICES"的美國(guó)臨時(shí)專利 申請(qǐng)62/040178的權(quán)益。所述專利申請(qǐng)的內(nèi)容是可信的并且據(jù)此W引用方式并入。
【背景技術(shù)】
[0003] 1.巧術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明描述了形成生物相容性通電元件的方法和設(shè)備。在一些實(shí)例中，形成生物 相容性通電元件的方法和設(shè)備設(shè)及形成通電元件的分隔物元件。包括陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì) 的活性元件可與所形成的分隔物元件電化學(xué)連接并與其相互作用。在一些實(shí)例中，該方法 和設(shè)備的使用領(lǐng)域可包括需要通電元件的任何生物相容性裝置或產(chǎn)品。
[000引2.巧關(guān)領(lǐng)域描沐
[0006] 近來(lái)，醫(yī)療裝置的數(shù)量快速增長(zhǎng)并且其功能不斷完善。運(yùn)些醫(yī)療裝置可包括例如 植入式起搏器、監(jiān)測(cè)和/或測(cè)試生物功能的電子藥丸、具有活性部件的外科裝置、接觸鏡 片、輸注累和神經(jīng)刺激器。前述許多醫(yī)療裝置的功能增加和性能增強(qiáng)已經(jīng)理論化并得W發(fā) 展。然而，為了實(shí)現(xiàn)在理論上所說(shuō)的增加的功能，運(yùn)些裝置中的許多現(xiàn)在都需要自備式通電 裝置，該通電裝置與運(yùn)些裝置的尺寸和形狀要求W及新的通電部件的能量要求相容。
[0007] -些醫(yī)療裝置可包括諸如半導(dǎo)體器件的部件，所述部件執(zhí)行多種功能并且可結(jié)合 到許多生物相容性和/或植入式裝置中。然而，此類半導(dǎo)體部件需要能量，因此，通電元件 也應(yīng)優(yōu)選地包括在此類生物相容性裝置中。生物相容性裝置的外形和相對(duì)較小的尺寸為各 種功能的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了新的且具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。在許多實(shí)例中，重要的是提供安全、可靠、 緊湊和高性價(jià)比裝置來(lái)為生物相容性裝置內(nèi)的半導(dǎo)體部件供電。因此，存在對(duì)形成可植入 生物相容性裝置內(nèi)或其上的生物相容性通電元件的新實(shí)例的需要，其中電池元件結(jié)構(gòu)為通 電元件的化學(xué)組分提供了增強(qiáng)的容納度，并能更好地控制容納在通電元件中的化學(xué)組分的 量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，本發(fā)明公開(kāi)了用于形成生物相容性通電元件的方法和設(shè)備，由于形成了可 大量包含電池化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所述方法和設(shè)備可提供制造優(yōu)勢(shì)。同樣，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可對(duì) 存在于電池元件中的通電元件數(shù)量進(jìn)行內(nèi)部控制。
[0009] -個(gè)整體方面包括形成生物相容性通電元件的方法，所述方法包括接收第一絕緣 材料的第一基底膜。所述方法包括在所述第一基底膜中切出腔W形成陰極隔離層，其中所 述腔的邊緣限定所述腔的側(cè)壁；所述方法包括接收陽(yáng)極膜W及將陰極隔離層的第一表面粘 附到陰極膜的第一表面。所述方法還包括通過(guò)陰極隔離層的腔將分隔物沉積到所述生物相 容性通電元件中。此外，所述方法包括接收陰極漿料并將所述陰極漿料放置到陰極隔離層 的腔中。在一些實(shí)例中，陰極隔離層中的所述腔的側(cè)壁與所沉積的分隔物的表面形成容納 所述陰極漿料的有界的腔。
[0010] 具體實(shí)施可包括一個(gè)或多個(gè)附加特征結(jié)構(gòu)。該方法可另外包括接收陰極接觸膜并 且將陰極隔離層的第二表面粘附到陰極接觸膜的第一表面的至少一部分。該方法還可包括 接收第一封裝膜并且將第一封裝膜粘附到陰極接觸膜的第二表面的至少一部分，所述第一 封裝膜包括其中一層是金屬防潮層的膜疊堆。在一些實(shí)例中，該方法包括接收第二封裝膜 并且將第二封裝膜粘附到陽(yáng)極膜的第二表面的至少一部分，所述第二封裝膜包括其中一膜 層是金屬防潮層的膜疊堆。該方法可另外包括將生物相容性通電元件粘附到生物醫(yī)療裝置 的一部分，其中陰極漿料至少部分地由陰極隔離層中的腔側(cè)壁、第一封裝膜W及第二封裝 膜容納。
[0011] 在一些實(shí)例中，該方法可包括如下步驟：將生物相容性通電元件添加至生物醫(yī)療 裝置的插入件，并將生物相容性通電元件密封在插入件內(nèi)，其中陰極漿料至少部分地由插 入件和陰極隔離層中的腔的側(cè)壁容納。該方法的特征還在于所述生物醫(yī)療裝置為接觸鏡 片。
[0012] 在一些實(shí)例中，該方法可另外包括將電解質(zhì)制劑添加到分隔物上。在運(yùn)些實(shí)例的 一些中，該方法可另外包括在放置陰極漿料之前將電解質(zhì)制劑添加到分隔物上的方法。
[0013] 在一些實(shí)例中，該方法的特征可在于陰極漿料中包含二氧化儘。該方法可包括該 二氧化儘包括電解二氧化儘的實(shí)例。在一些實(shí)例中，該方法可另外包括處理陰極漿料W移 除大顆粒。當(dāng)該處理包括移除大粒子時(shí)，其粒度可小于約70微米。在一些實(shí)例中，大部分 粒子的粒度可小于約25微米。移除大顆粒的處理方式可包括球磨。在一些其他實(shí)例中，移 除大顆粒的方法包括噴射研磨。
[0014] 所述方法可包括第一基底膜是聚對(duì)苯二甲酸乙二醋（PET)的實(shí)例。
[0015] 在一些實(shí)例中，在第一基底膜中切出腔的方法采用激光。
[0016] 該方法可包括其中粘附包括激活壓敏粘合劑的實(shí)例。
[0017] 在一些實(shí)例中，該方法包括在陰極隔離層內(nèi)切出多個(gè)腔，其中可另外將分隔物沉 積到多個(gè)腔中的至少兩個(gè)腔中。
[0018] 該方法可包括在將陽(yáng)極的第一表面粘附到陰極隔離層的第一表面之前，在陽(yáng)極膜 上電鍛一鋒層，其中該電鍛鋒層的表面隨后成為該陽(yáng)極膜的第一表面。
[0019] 在一些實(shí)例中，該方法另外包括使生物相容性通電元件與電子電路電接觸，并且 使電子電路與生物醫(yī)療裝置的電活性元件電接觸。
[0020] 在一些實(shí)例中，該方法還可包括使該裝置彎曲，該裝置包括通電元件、電子電路及 其與生物醫(yī)療裝置的電活性元件的連接部。所述彎曲可通過(guò)W物理的方式和W電的方式接 合裝置的兩端來(lái)形成錐形件，所述裝置包括通電元件、電子電路及其與生物醫(yī)療裝置的電 活性元件的連接部。
[0021] 一個(gè)整體方面包括形成生物相容性通電元件的方法，該方法包括：接收第一絕緣 材料的第一基底膜；在第一基底膜中切出腔W形成陰極隔離層，其中腔的邊緣限定腔的側(cè) 壁；接收陽(yáng)極膜；將分隔物沉積到陽(yáng)極膜的第一表面上；將陰極隔離層的第一表面粘附到 沉積的分隔物的第一表面；接收陰極漿料；W及將陰極漿料放置到陰極隔離層的腔中，其 中陰極隔離層中腔的側(cè)壁和沉積的分隔物的第一表面容納陰極漿料。
【附圖說(shuō)明】
[0022] W下是附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的更為具體的說(shuō)明，通過(guò)運(yùn)些說(shuō)明，本發(fā)明 的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
[0023] 圖IA至圖ID示出了與接觸鏡片的示例性應(yīng)用一致的生物相容性通電元件的示例 性方面。
[0024] 圖2示出了示例性電池設(shè)計(jì)的單個(gè)電池的示例性尺寸和形狀。
[0025] 圖3A示出了具有示例性陽(yáng)極和陰極連接部的第一獨(dú)立式封裝的生物相容性通電 元件。
[0026] 圖3B示出了具有示例性陽(yáng)極和陰極連接部的第二獨(dú)立式封裝的生物相容性通電 元件。
[0027] 圖4A至圖4N示出了形成用于生物醫(yī)療裝置的生物相容性通電元件的示例性方法 步驟。
[002引圖5示出了示例性的完全成形的生物相容性通電元件。
[0029] 圖6A至圖6F示出了生物相容性通電元件結(jié)構(gòu)形成的示例性方法步驟。
[0030] 圖7A至圖7F示出了采用另選電鍛方法使生物相容性通電元件結(jié)構(gòu)形成的示例性 方法步驟。
[0031] 圖8A至圖細(xì)示出了形成具有水凝膠分隔物的用于生物醫(yī)療裝置的生物相容性通 電元件的示例性方法步驟。
[0032] 圖9A至圖9C示出了利用另選分隔物處理實(shí)例的生物相容性通電元件結(jié)構(gòu)形成的 示例性方法步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 在本申請(qǐng)中公開(kāi)了形成=維（3D)生物相容性通電元件的方法和設(shè)備。通電元件 內(nèi)的分隔物元件可W新穎的方式形成，并且可包括新型材料。在下述部分中，給出了各種實(shí) 例的詳細(xì)描述。文中描述的實(shí)例僅為示例性實(shí)施例，各種修改和更改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員而言可為顯而易見(jiàn)的。因此，實(shí)例不限制本申請(qǐng)的范圍。=維生物相容性通電元件被設(shè) 計(jì)成用于活生物體的機(jī)體中或其附近。
[0034] 術(shù)語(yǔ)
[0035] 在下文的說(shuō)明和權(quán)利要求書中，可能會(huì)用到多種術(shù)語(yǔ)，它們將采用W下定義：
[0036] 如本文所用的"陽(yáng)極"是指電流通過(guò)其流進(jìn)極化的電氣裝置的電極。電流的方向 通常與電子流的方向相反。換句話講，電子從陽(yáng)極流進(jìn)例如電路中。
[0037] 如本文所用的"粘結(jié)劑"是指能夠表現(xiàn)出對(duì)機(jī)械變形的彈性反應(yīng)并且與其他通電 元件部件化學(xué)相容的聚合物。例如，粘結(jié)劑可包括電活性材料、電解質(zhì)、集流體等。
[0038] 如本文所用的"生物相容性"是指在具體的應(yīng)用中W合適的宿主反應(yīng)執(zhí)行的材料 或裝置。例如，生物相容性裝置對(duì)生物系統(tǒng)不產(chǎn)生毒性或有害作用。
[0039] 如本文所用的"陰極"是指電流通過(guò)其流出極化的電氣裝置的電極。電流的方向 通常與電子流的方向相反。因此，電子流進(jìn)極化的電氣裝置的陰極并流出例如所連接的電 路。
[0040] 如本文所用的"涂層"是指薄的形式的材料沉積物。在一些用途中，該術(shù)語(yǔ)將指代 基本上覆蓋基底表面的薄沉積物，該沉積物在表面上形成。在其他更特殊的用途中，該術(shù)語(yǔ) 可用于描述在表面的更小區(qū)域中的小而薄的沉積物。
[0041] 如本文所用的"電極"可指能量源中的有效質(zhì)量。例如，它可W包括陽(yáng)極和陰極之 一或二者。
[0042] 如本文所用的"通電的"是指能夠提供電流或能夠在其內(nèi)儲(chǔ)存電能的狀態(tài)。
[0043] 如本文所用的"能量"是指使物理系統(tǒng)做功的能力。通電元件的許多用途可設(shè)及 能夠執(zhí)行電動(dòng)作的能力。
[0044] 如本文所用的"能量源"或"通電元件"或"通電裝置"是指能夠提供能量或?qū)⑦壿?或電氣裝置置于通電狀態(tài)的任何裝置或?qū)?。通電元件可包括電池。電池可由堿性類型的電 池化學(xué)物質(zhì)形成，并可W為固態(tài)電池或濕電池。
[0045] 如本文所用的"填充物"是指不與酸或堿性電解質(zhì)反應(yīng)的一種或多種通電元件分 隔物。一般來(lái)講，填充物可包括基本上水不溶性的材料，諸如炭黑；煤粉；石墨；金屬氧化 物和氨氧化物諸如娃、侶、巧、儀、領(lǐng)、鐵、鐵、鋒和錫的那些氧化物和氨氧化物；金屬碳酸鹽， 諸如巧和儀的那些碳酸鹽；礦物質(zhì)，諸如云母、蒙脫±、高嶺石、綠坡縷石和滑石；合成的和 天然的沸石，諸如波特蘭水泥；沉淀金屬娃酸鹽，諸如娃酸巧；中空或?qū)嵧?、聚合物或玻璃?球、薄片和纖維；等等。
[0046] 如本文所用的"膜"是指可用作覆蓋物或涂層的材料薄層；在層合結(jié)構(gòu)中該膜通常 近似于具有頂部表面、底部表面及主體的平面層；其中主體通常比該平面層薄得多。
[0047] 如本文所用的"功能化的"是指使層或裝置能夠執(zhí)行包括例如通電、激活和/或控 制的功能。
[0048] 如本文所用的"模具"是指可W用于通過(guò)未固化的制劑形成=維物體的剛性或半 剛性物體。一些示例性模具包括兩個(gè)模具部件，所述兩個(gè)模具部件彼此相對(duì)時(shí)限定=維物 體的結(jié)構(gòu)。
[0049] 如本文所用的"功率"是指每單位時(shí)間內(nèi)做的功或傳遞的能量。
[0050] 如本文所用的"可再充電"或"可再通電"是指恢復(fù)到具有更大做功本領(lǐng)的狀態(tài)的 能力。多種用途可設(shè)及能夠使電流W某一速率在特定的恢復(fù)時(shí)間周期內(nèi)流動(dòng)的恢復(fù)能力。
[0051] 如本文所用的"再通電"或"再充電"是指恢復(fù)到具有更大做功本領(lǐng)的狀態(tài)。多種 用途可設(shè)及使裝置恢復(fù)到使電流W某一速率在特定的恢復(fù)時(shí)間周期內(nèi)流動(dòng)的能力。
[0052] 如本文所用的并有時(shí)稱為"從模具釋放"的"釋放"意指S維物體與模具完全分離， 或者只是松散地附接到模具，使得可通過(guò)輕輕晃動(dòng)而移除。
[0053] 如本文所用的"堆疊的"是指將至少兩個(gè)部件層緊鄰彼此放置，使得其中一層的一 個(gè)表面的至少一部分接觸第二層的第一表面。在一些實(shí)施例中，涂層不論是用于粘附還是 用于其他功能均可留在通過(guò)該涂層彼此接觸的兩層之間。
[0054] 如本文所用的"跡線"是指能夠?qū)㈦娐凡考B接在一起的通電元件部件。例如，電 路跡線可在基底為印刷電路板時(shí)包含銅或金，并在柔性電路中通?？蒞為銅、金或印刷膜。 一種特殊類型的"跡線"為集流體。集流體是具有電化學(xué)相容性的跡線，運(yùn)使得集流體適合 用于在電解質(zhì)的存在下引導(dǎo)電子流向陽(yáng)極或流出陰極。
[00巧]本文展示的方法和設(shè)備設(shè)及形成用于包括在扁平或=維生物相容性裝置之內(nèi)或 之上的生物相容性通電元件。一類特定的通電元件可為在層中制造的電池。層也可歸類為 層合物層。W運(yùn)種方式形成的電池可歸類為層狀電池。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明，可能還有關(guān)于如何組裝和配置電池的其他實(shí)例，其中一些會(huì)在W下 部分中描述。然而，對(duì)于許多運(yùn)些實(shí)例，存在可獨(dú)立進(jìn)行描述的電池的所選參數(shù)和特性。在 下述部分中，將重點(diǎn)描述一些特性和參數(shù)。
[0057] 具有牛物巧容忡通由元件的示例忡牛物民療裝晉構(gòu)推
[005引可包括本發(fā)明的通電元件、電池的生物醫(yī)療裝置的實(shí)例可W是電活性調(diào)焦接觸鏡 片。參見(jiàn)圖1A，此類接觸鏡片插入件的實(shí)例可被描述為接觸鏡片插入件100。在接觸鏡片插 入件100中可存在電活性元件120,該電活性元件可W響應(yīng)于控制電壓而適應(yīng)聚焦特性變 化。用于提供那些控制電壓信號(hào)W及提供其他功能諸如根據(jù)外部控制信號(hào)控制環(huán)境感測(cè)的 電路105可由生物相容性電池元件110供電。如圖IA所示，電池元件110可作為多個(gè)主要 部件，在此例中是=個(gè)部件，并可包括各種電池化學(xué)元件構(gòu)造，如所討論的一樣。電池元件 110可具有各種互連特征結(jié)構(gòu)，如所描述，W用于在互連區(qū)域114下方將部件接合在一起。 可將電池元件連接至電路元件，該電路元件可具有自身的基底111，互連特征結(jié)構(gòu)125可位 于該基底上?？蔀榧呻娐沸问降碾娐?05可W電的方式和物理的方式連接至基底111及 其互連特征結(jié)構(gòu)125。
[0059] 參見(jiàn)圖1B，接觸鏡片150的剖面浮雕（cross sectional relief)可包括接觸鏡片 插入件100及其所討論的組成。接觸鏡片插入件100可被包封到接觸鏡片水凝膠155的裙 邊中，該裙邊可W包封插入件并為用戶的眼睛提供與接觸鏡片150的舒適接觸面。
[0060] 參考本發(fā)明的概念，電池元件可W二維（2D)形式形成，如圖IC的另一個(gè)實(shí)例中所 描述。在該圖示中，可存在電池單元的兩個(gè)主要區(qū)域，即電池部件165及第二電池部件的區(qū) 域和電池化學(xué)元件160的區(qū)域。在圖IC中W扁平形式示出的電池元件可連接至電路元件 163,在圖IC中的實(shí)例中該電路元件可包括兩個(gè)主要電路區(qū)域167。該電路元件可在電觸點(diǎn) 161和物理觸點(diǎn)162處連接至電池元件。如本發(fā)明所描述的，該扁平結(jié)構(gòu)可彎曲成=維錐形 結(jié)構(gòu)。在此過(guò)程中，可用第二電觸點(diǎn)166和第二物理觸點(diǎn)164來(lái)連接=維結(jié)構(gòu)并使其保持 物理穩(wěn)定。參見(jiàn)圖1D，可找到該S維錐形結(jié)構(gòu)180的圖示。其中也可找到物理觸點(diǎn)和電觸 點(diǎn)181，并且該圖示可視為所得結(jié)構(gòu)的=維視圖。該結(jié)構(gòu)可包括模塊化的電氣和電池部件， 其