形成用于生物醫(yī)療裝置的生物相容性通電元件的分隔物的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】形成用于生物醫(yī)療裝置的生物相容性通電元件的分隔物的方 法和設(shè)備
[0001] 相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2014年8月21日提交的名稱為"METHODS AND APPARATUS TO FORM BIOCOMPATIBLE ENERGIZATION ELEMENTS FOR BIOMEDICAL DEVICES" 的美國臨時申請62/ 040178的權(quán)益。所述專利申請的內(nèi)容是可信的并且據(jù)此以引用方式并入。
【背景技術(shù)】
[0003] 1.技術(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。在一些實例中，形成生物 相容性通電元件的方法和設(shè)備涉及形成通電元件的分隔物元件。包括陽極、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連接并與其相互作用。在一些實例中，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。
[0005] 2.相關(guān)領(lǐng)域描述
[0006] 近來，醫(yī)療裝置的數(shù)量快速增長并且其功能不斷完善。這些醫(yī)療裝置可包括例如 植入式起搏器、監(jiān)測和/或測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、 輸注栗和神經(jīng)刺激器。前述許多醫(yī)療裝置的功能增加和性能增強已經(jīng)理論化并得以發(fā)展。 然而，為了實現(xiàn)在理論上所說的增加的功能，這些裝置中的許多現(xiàn)在都需要自備式通電裝 置，該通電裝置與這些裝置的尺寸和形狀要求以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較小的尺寸為各種 功能的實現(xiàn)產(chǎn)生了新的且具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。在許多實例中，重要的是提供安全、可靠、緊 湊和高性價比的裝置來使生物相容性裝置內(nèi)的半導體部件通電。因此，存在對形成用于植 入在生物相容性裝置之內(nèi)或之上的生物相容性通電元件的新型實例的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，本文描述了形成生物相容性通電元件的方法和設(shè)備。具體實施包括電池分 隔物，該電池分隔物包括能夠在小生物相容性電池中進行安全電極分隔的水凝膠制劑。在 一些實例中，具體實施可提供電池，該電池包括第一電極和第二電極、陽極、陰極和分隔物， 其中該分隔物可包括第一水凝膠元件或多個水凝膠元件。
[0009] 在一些實例中，水凝膠分隔物包括電池，該電池通常包括第一電極和第二電極。在 一些實例中，電極可表征為陽極電極和陰極電極。該電池還可包括陽極元件、陰極元件和分 隔物，該分隔物包括可透過的水凝膠隔膜，其中該分隔物可為聚合層混合物。分隔物還可包 括水溶性聚合物/聚合物組分。分隔物還可包括第一可聚合單體。分隔物還可包括第二可聚 合單體。分隔物還可包括液體溶劑。
[0010] 具體實施可包括以下特征中的一者或多者，即，水溶性聚合物/聚合物組分是PVP 的分隔物;第一可聚合單體是具有親水性側(cè)基的疏水性聚合物的分隔物;具有親水性側(cè)基 的疏水性聚合物是HEMA的分隔物;第二可聚合單體是二酯交聯(lián)劑的分隔物;二酯交聯(lián)劑是 EGDMA的分隔物；以及液體溶劑是IPA的分隔物。
[0011] 在一些實例中，具體實施可包括以下方法特征的一者或多者，即，水溶性聚合物為 PVP的方法;具有側(cè)基的疏水性聚合物是HEMA的方法;二酯交聯(lián)劑是EGDMA的方法;液體溶劑 是IPA的方法；以及光引發(fā)劑是CGI 819的方法。
[0012] -個整體方面包括可透過的水凝膠隔膜和包括可透過的水凝膠隔膜的分隔物，所 述可透過的水凝膠隔膜包括第一電極和第二電極、陽極、陰極，其中該分隔物是包含HEMA和 EGDMA的聚合層混合物?？赏高^的水凝膠隔膜還可包括PVP?？赏高^的水凝膠隔膜還可包括 IPA。
[0013] -個整體方面包括形成用作電池中的分隔物的可透過的水凝膠隔膜的方法，包括 接收水溶性聚合物;接收具有側(cè)基的疏水性聚合物;接收二酯交聯(lián)劑;接收液體溶劑;接收 光引發(fā)劑;將水溶性聚合物、具有側(cè)基的疏水性聚合物、二酯交聯(lián)劑和光引發(fā)劑混合；以及 利用熱源固化混合物。
[0014] -個整體方面包括形成用作電池中的分隔物的可透過的水凝膠隔膜的方法，包括 接收PVP、接收HEMA、接收EGDMA。該方法還包括接收IPA。該方法還包括接收CGI 819;然后將 其與PVP、HEMA、EGDMA和IPA混合。在一些實例中，在將混合物通過例如刮壓處理分配到腔中 后，可將所得沉積物干燥以除去大量溶劑。在一些實例中，干燥后，可將所得混合物通過熱 源、暴露于光子，或這兩種處理進行固化。在一些實例中，當光子能量與在電磁波譜的紫外 部分中出現(xiàn)的波長一致時，可發(fā)生暴露于光子。
[0015] -個整體方面包括生物醫(yī)療裝置，該生物醫(yī)療裝置包括插入件裝置。插入件裝置 可包括生物相容性通電元件。該生物相容性通電元件還包括間隙隔離層。該生物醫(yī)療裝置 還包括陰極隔離層和陰極接觸層。該生物醫(yī)療裝置還包括分隔物層、以及在陰極隔離層中 的至少第一孔，該至少第一孔在該孔的側(cè)面、陰極隔離層和分隔物層之間形成腔，其中腔填 充有陰極化學物質(zhì)。
[0016] 具體實施可包括以下特征中的一者或多者，即，還包括電路的生物醫(yī)療裝置;還包 括電活性元件的生物醫(yī)療裝置;生物醫(yī)療裝置為接觸鏡片的生物醫(yī)療裝置;生物醫(yī)療裝置 為起搏器的生物醫(yī)療裝置;以及生物醫(yī)療裝置為電子藥丸的生物醫(yī)療裝置。
[0017] -個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陰極接 觸膜;形成第一陰極接觸膜的至少第一陰極殼;接收陰極漿料;將陰極漿料放置到陰極殼 內(nèi)；接收第一絕緣材料;接收第一絕緣材料的第一基底膜;在第一基底膜中切出一個孔以形 成間隙隔離層;將間隙隔離層的第一表面層合到陰極殼的第一表面;接收離子導電分隔物 膜的第二基底膜;從第二基底膜切出分隔物形狀;拾取分隔物形狀;將分隔物形狀放置在第 一基底膜的孔內(nèi)；將分隔物形狀的一部分粘附到陰極殼的第一表面的一部分;接收陽極膜； 以及將間隙隔離層的第二表面粘附到陽極膜的第一表面。
[0018] -個整體方面包括形成生物相容性通電元件的方法，該方法包括接收陰極接觸 膜;在陰極接觸膜的一部分中至少形成陰極殼;接收陰極漿料;將陰極漿料放置到陰極殼 內(nèi)；接收凝膠形成單體溶液;在陰極殼內(nèi)沉積凝膠形成單體溶液;將凝膠形成溶液聚合成凝 膠型分隔物;在凝膠型分隔物上添加電解質(zhì)溶液;接收陽極膜；以及將陰極殼的第一表面粘 附到陽極膜的第一表面。
[0019] 具體實施可包括以下特征中的一者或多者。二酯交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯 (E⑶MA)的電池。二酯交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)的方法。該方法還可包括如 下方法，其中分配混合物包括用刮刀式裝置分布混合物。該方法還可包括從層合組件分離 通電元件、將分離的通電元件彎曲成三維形狀、將所彎曲的分離的通電元件包括在插入件 中、以及將插入件包括在水凝膠裙邊中以形成生物醫(yī)療裝置，其中所述層合組件包括可透 過的水凝膠隔膜。
[0020] -個整體方面包括生物醫(yī)療裝置設(shè)備，該生物醫(yī)療裝置設(shè)備包括插入件裝置，該 插入件裝置具有響應(yīng)于控制電壓信號的電活性元件。生物醫(yī)療裝置設(shè)備還包括電連接至生 物相容性通電元件的電路，其中該電路提供控制電壓信號。生物醫(yī)療裝置設(shè)備還包括第一 電極和第二電極。生物醫(yī)療裝置設(shè)備還包括陽極。生物醫(yī)療裝置設(shè)備還包括陰極和分隔物， 該分隔物包括可透過的水凝膠隔膜，其中該可透過的水凝膠隔膜包括聚合混合物，該聚合 混合物包括：甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)。生物醫(yī)療裝置設(shè) 備還包含聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。生物醫(yī)療裝置設(shè)備還包含異丙醇（IPA)。
[0021 ] -個整體方面包括形成用作電池中的分隔物的可透過的水凝膠隔膜的方法，包括 接收水溶性聚合物;接收具有親水性側(cè)基的疏水性聚合物;接收二酯交聯(lián)劑;接收液體溶 劑;接收光引發(fā)劑;將水溶性聚合物、具有側(cè)基的疏水性聚合物、二酯交聯(lián)劑和光引發(fā)劑混 合以形成混合物；將混合物分配到接近電池的陽極或陰極中的一者或多者的至少表面區(qū) 域；以及利用光子源和/或熱源固化分配的混合物。
[0022] 具體實施可包括以下特征中的一者或多者。該方法可包括二酯交聯(lián)劑為乙二醇二 甲基丙烯酸酯(EGDMA)的實例。該方法還可包括如下方法，其中分配混合物包括利用刮刀式 裝置分布混合物。該方法還可包括如下方法:所述方法還包括從層合組件分離通電元件、將 分離的通電元件彎曲成三維形狀、將所彎曲的分離的通電元件包括在插入件中、以及將插 入件包括在水凝膠裙邊中以形成生物醫(yī)療裝置，其中所述層合組件包括可透過的水凝膠隔 膜。
[0023] -個整體方面包括形成用作電池中的分隔物的可透過的水凝膠隔膜的方法，包 括:接收聚乙烯吡咯烷酮(PVP);接收甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA);接收乙二醇二甲基丙烯酸 酯(E⑶MA);接收異丙醇（IPA);混合至少聚乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸羥乙酯、乙二醇二甲 基丙烯酸酯和異丙醇（IPA)以形成混合物;將混合物分配到接近電池的陽極或陰極中的一 者或多者的至少表面區(qū)域；以及利用光子源或熱源固化所分配的混合物，以形成可透過的 水凝膠隔膜。
[0024] 具體實施可包括以下特征中的一者或多者。該方法可包括如下實例，其中分配混 合物包括用刮刀式裝置分布混合物。該方法還可包括從層合組件分離通電元件、將分離的 通電元件彎曲成三維形狀、將所彎曲的分離的通電元件包括在插入件中、以及將插入件包 括在水凝膠裙邊中以形成生物醫(yī)療裝置，其中所述層合組件包括可透過的水凝膠隔膜。
[0025] -個整體方面包括生物相容性通電元件，該生物相容性通電元件包括層合組件， 該層合組件包括間隙隔離層、陰極隔離層、陰極接觸層、分隔物層、在陰極隔離層中的至少 第一孔，該至少第一孔在該孔的側(cè)面、陰極隔離層和分隔物層之間形成腔，其中腔填充有陰 極化學物質(zhì)。此外，分隔物層可包括可透過的水凝膠隔膜，其中該可透過的水凝膠隔膜包 含：甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和異 丙醇（IPA)。
[0026] -個整體方面包括生物醫(yī)療裝置設(shè)備，該生物醫(yī)療裝置設(shè)備包括插入件裝置，該 插入件裝置具有響應(yīng)于控制電壓信號的電活性元件。生物醫(yī)療裝置設(shè)備還包括電連接至生 物相容性通電元件的電路，其中該電路提供控制電壓信號。生物相容性通電元件可包括層 合組件，該層合組件包括間隙隔離層、陰極隔離層、陰極接觸層、分隔物層、在陰極隔離層中 的至少第一孔，該至少第一孔在該孔的側(cè)面和分隔物層之間形成腔。該腔可填充有陰極化 學物質(zhì)，并且分隔物層可包括可透過的水凝膠隔膜，其中可透過的水凝膠隔膜包括聚合混 合物，該聚合混合物包含:水溶性聚合物/聚合物組分、第一可聚合單體、第二可聚合單體、 以及液體溶劑。
【附圖說明】
[0027] 以下是附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的更為具體的說明，通過這些說明，本發(fā)明 的上述及其他特征和優(yōu)點將顯而易見。
[0028] 圖1A至圖1D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。
[0029]圖2示出了示例性電池設(shè)計的單個電池的示例性尺寸和形狀。
[0030] 圖3A示出了具有示例性陽極和陰極連接部的第一獨立式封裝的生物相容性通電 元件。
[0031] 圖3B示出了具有示例性陽極和陰極連接部的第二獨立式封裝的生物相容性通電 元件。
[0032] 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。
[0033] 圖5示出了示例性的完全成形的生物相容性通電元件。
[0034] 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。
[0035]圖7A至圖7F示出了采用另選電鍍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。
[0036]圖8A至圖8H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。
[0037] 圖9A至圖9C示出了利用另選生物相容性通電元件結(jié)構(gòu)形成的示例性方法步驟，以 及可選水凝膠處理實例。
【具體實施方式】
[0038] 在本申請中公開了形成三維生物相容性通電元件的方法和設(shè)備。通電元件內(nèi)的分 隔物元件可以新穎的方式形成，并且可包括新型材料。在下述部分中，給出了各種實例的詳 細描述。文中描述的實例僅為示例性實施例，各種修改和更改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言 可為顯而易見的。因此，實例不限制本申請的范圍。三維生物相容性通電元件被設(shè)計成用于 活生物體的機體中或其附近。
[0039]
[0040] 在下文的說明和權(quán)利要求書中，可能會用到多種術(shù)語，它們將采用以下定義：
[0041] 如本文所用的"陽極"是指電流通過其流進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，電子從陽極流進例如電路中。
[0042] 如本文所用的"粘結(jié)劑"是指能夠表現(xiàn)出對機械變形的彈性反應(yīng)并且與其他通電 元件部件化學相容的聚合物。例如，粘結(jié)劑可包括電活性材料、電解質(zhì)、聚合物等。
[0043] 如本文所用的"生物相容性"是指在具體的應(yīng)用中以合適的宿主反應(yīng)執(zhí)行的材料 或裝置。例如，生物相容性裝置對生物系統(tǒng)不產(chǎn)生毒性或有害作用。
[0044]如本文所用的"陰極"是指電流通過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，電子流進極化的電氣裝置的陰極并流出例如所連接的電路。
[0045] 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 可用于描述在表面的更小區(qū)域中的小而薄的沉積物。
[0046] 如本文所用的"電極"可指能量源中的有效質(zhì)量。例如，它可以包括陽極和陰極中 的一者或二者。
[0047] 如本文所用的"通電的"是指能夠提供電流或能夠在其內(nèi)儲存電能的狀態(tài)。
[0048]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涉及能 夠執(zhí)行電動作的能力。
[0049] 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 池化學物質(zhì)形成，并可以為固態(tài)電池或濕電池。
[0050] 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 和氫氧化物諸如娃、鋁、媽、鎂、鋇、鈦、鐵、鋅和錫的那些氧化物和氫氧化物;金屬碳酸鹽，諸 如鈣和鎂的那些碳酸鹽;礦物質(zhì)，諸如云母、蒙脫土、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;沉淀金屬硅酸鹽，諸如硅酸鈣；中空或?qū)嵭木酆衔锘虿Ａ⑶颉?薄片和纖維;等等。
[0051] 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。
[0052] 如本文所用的"模具"是指可以用于通過未固化的制劑形成三維物體的剛性或半 剛性物體。一些示例性模具包括兩個模具部件，所述兩個模具部件彼此相對時限定三維物 體的結(jié)構(gòu)。
[0053]如本文所用的"功率"是指每單位時間內(nèi)做的功或傳遞的能量。
[0054] 如本文所用的"可再充電"或"可再通電"是指恢復到具有更大做功本領(lǐng)的狀態(tài)的 能力。多種用途可涉及能夠使電流以某一速率在特定的恢復時間周期內(nèi)流動的恢復能力。
[0055] 如本文所用的"再通電"或"再充電"是指恢復到具有更大做功本領(lǐng)的狀態(tài)。多種用 途可涉及使裝置恢復到使電流以某一速率在特定的恢復時間周期內(nèi)流動的能力。
[0056]如本文所用的并有時稱為"從模具釋放"的"釋放"意指三維物體與模具完全分離， 或者只是松散地附接到模具，使得可通過輕輕晃動而移除。
[0057]如本文所用的"堆疊的"是指將至少兩個部件層緊鄰彼此放置，使得其中一層的一 個表面的至少一部分接觸第二層的第一表面。在一些實例中，不論是用于粘附或者用于其 他功能的涂層可駐留在通過該涂層彼此接觸的兩個層之間。
[0058]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包含銅或金，并在柔性電路中通?？梢詾殂~、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相容性的跡線，這使得集流體適合 用于在電解質(zhì)的