形成用于生物醫療裝置的生物相容性通電元件的方法
【專利說明】形成用于生物醫療裝置的生物相容性通電元件的方法
[0001] 相關專利申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年8月21日提交的美國臨時申請62/040178的權益。
【背景技術】
[0003] 1.巧術領域
[0004] 本文描述了形成生物相容性通電元件的方法和設備。在一些實施例中，形成生物 相容性通電元件的方法和設備設及在通電元件中形成分隔物元件。包括陽極、陰極和電解 質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。活性元件可W如下方 式配置，所述方式使得電池可在多個使用步驟或循環中被放電和再充電。在一些實施例中， 該方法和設備的使用領域可包括需要通電元件的任何生物相容性裝置或產品。
[000引2.巧關領域描沐
[0006] 近來，醫療裝置的數量快速增長并且其功能不斷完善。運些醫療裝置可包括例如 植入式起搏器、監測和/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、輸注累和神經刺激器。前述許多醫療裝置的功能增加和性能增強已經理論化并得W發 展。然而，為了實現在理論上所說的增加的功能，運些裝置中的許多現在都需要自備式通電 裝置，該裝置與運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] -些醫療裝置可包括諸如半導體器件的部件，所述部件執行多種功能并且可W結 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 件也應優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小的尺寸為各 種功能的限定產生了新的且挑戰性的環境。在許多實施例中，重要的是，提供安全、可靠、緊 湊和高性價比的裝置W使生物相容性裝置內的半導體部件通電。因此，存在對形成用于植 入在生物相容性裝置之內或之上的生物相容性通電元件的新實施例的需要，生物相容性裝 置的電池元件的結構為通電元件的化學組分提供增強的容納度，并提供對容納在通電元件 中的化學組分的量的改善控制。
【發明內容】
[0008] 因此，本發明公開了用于形成生物相容性通電元件的方法和設備，由于形成了可 大量包含電池化學物質的結構，所述方法和設備可提供制造優勢。同樣，該結構設計也可對 存在于電池元件中的通電元件數量進行內部控制。
[0009] 一個大體方面包括生物相容性通電元件，其還可包括間隙隔離層。生物相容性通 電元件還可包括位于間隙隔離層中的至少第一孔。生物相容性通電元件還可包括陰極隔離 層，其中陰極隔離層附接至間隙隔離層。生物相容性通電元件還可包括位于陰極隔離層中 的至少第二孔，其中第二孔與第一孔對準，并且其中第二孔小于第一孔，使得當第一孔與第 二孔對準時，陰極隔離層的脊暴露于第一孔中。生物相容性通電元件還可包括分隔物層，其 中分隔物層置于間隙隔離層中的第一孔內，并粘附到陰極隔離層的脊。生物相容性通電元 件還可包括位于第二孔的側面和分隔物層的第一表面之間的腔，其中腔填充有陰極化學物 質。生物相容性通電元件還可包括涂覆有陽極化學物質的第一集流體。生物相容性通電元 件還可包括第二集流體，其中第二集流體與陰極化學物質電連接。生物相容性通電元件還 可包括電解質，該電解質包含電解質化學物質。
[0010] 具體實施可包括生物相容性通電元件，其中陰極化學物質、陽極化學物質和電解 質化學物質與通電的多個充電循環和放電循環一致。生物相容性通電元件還可包括其中陰 極化學物質包括裡鹽的實例。生物相容性通電元件可包括憐酸鉄裡。生物相容性通電元件 還可包括嵌入的金屬原子。生物相容性通電元件還可包括嵌入的裡原子或嵌入鋼原子。生 物相容性通電元件還可包括鉛、儀、裡、鉆、鋒、鋼、饑、銀、或娃中的一種或多種。生物相容性 通電元件還可包括簇甲基纖維素鋼。生物相容性通電元件還可包括其中陰極化學物質包括 人造石墨和炭黑中的一種或多種的實例。生物相容性通電元件還可包括其中陰極化學物質 包括下苯橡膠中的一種或多種的實例。生物相容性通電元件還可包括六氣憐酸裡。生物相 容性通電元件可包括其中生物相容性通電元件電連接至生物醫療裝置內的活性元件的實 例。生物相容性通電元件還可包括其中生物醫療裝置是眼科裝置的實例。在一些實例中， 眼科裝置可W是接觸鏡片。
[0011] 生物相容性通電元件還可包括其中電解質包括六氣憐酸裡的實例。生物相容性通 電元件還可包括其中分隔物前體混合物包括聚（偏二氣乙締）、聚二甲基硅氧烷、N，N-二甲 基乙酷胺中的一種或多種的實例。附加實例還可包括甘油。生物相容性通電元件可被包括 在生物醫療裝置內。
[0012] 一個大體方面包括生物相容性通電元件，其可包括在眼科裝置中，其中眼科裝置 是接觸鏡片。生物相容性通電元件還可包括如下生物相容性通電元件，所述生物相容性通 電元件包括陰極隔離層；位于陰極隔離層中的至少第一孔；涂覆有陽極化學物質的第一集 流體，其中第一集流體附接至陰極隔離層的第一表面，并且其中第一腔形成于第一孔的側 面和涂覆有陽極化學物質的第一集流體的第一表面之間；分隔物層，其中在分隔物前體混 合物被分散到腔中之后，分隔物層形成于第一腔內；第一孔的側面和分隔物層的第一表面 之間的第二腔，其中第二腔填充有陰極化學物質；第二集流體，其中第二集流體與陰極化學 物質電連接；W及電解質。具體實施可包括生物相容性通電元件，其中陰極化學物質、陽極 化學物質和電解質化學物質與通電元件的充電循環和放電循環一致。
[0013] 一個大體方面包括形成生物相容性通電元件的方法。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壁；方法包括接收包含陽極化學物質的陽極膜。方法包括將陰極隔 離層的第一表面粘附到陽極膜的第一表面。方法包括將分隔物穿過陰極隔離層中的腔而沉 積在生物相容性通電元件中，其中分隔物包括可聚合材料與非聚合材料液滴所混合的混合 物。方法包括聚合所述可聚合材料。方法包括將具有所沉積的分隔物的基底膜浸入溶劑中， 其中溶劑溶解非聚合材料液滴并且不溶解聚合物，其中非聚合材料液滴的溶解在所述分隔 物中形成空隙。方法包括接收包含陰極化學物質的陰極漿料W及將陰極漿料置于陰極隔離 層的腔中，其中陰極隔離層中的腔的側壁和所沉積的分隔物的表面包含陰極漿料。方法還 可包括將電解質添加到腔中的陰極漿料。方法還可包括其中電解質包括六氣憐酸裡的實施 例。
[0014] 在一些實例中，方法還可包括將生物相容性通電元件連接至生物醫療裝置內的電 活性元件。方法還可包括其中生物醫療裝置是眼科裝置的方法。方法還可包括其中生物醫 療裝置是接觸鏡片的方法。
[0015] 一個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。方法還包括接收第二絕緣材料的第二基底膜。方法還包括在第二基底 膜中切出第一腔W形成間隙隔離層。方法還包括在第一基底膜中切出第二腔W形成陰極隔 離層，其中第二腔的邊緣限定腔的側壁。方法還包括將間隙隔離層的第一表面層合至陰極 隔離層的第一表面。方法還包括將分隔物穿過第一腔置于生物相容性通電元件中。方法還 包括接收包含陽極化學物質的陽極膜，其中陽極化學物質包括嵌入的金屬原子。方法還包 括將間隙隔離層的第二表面粘附到陽極膜的第一表面。方法還包括接收包含陰極化學物質 的陰極漿料。方法還包括將陰極漿料置于第二腔中，其中第二腔的側壁和分隔物的表面形 成第=腔W包含陰極漿料。
[0016] 方法還包括接收陰極接觸膜W及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。方法還包括接收包括膜疊堆的第一封裝膜，其中一個層是金屬防 潮層，W及將第一封裝膜粘附到陰極接觸膜的至少一部分。方法還包括將生物相容性通電 元件粘附到生物醫療裝置的一部分。
【附圖說明】
[0017] 圖IA至圖ID示出了與接觸鏡片的示例性應用一致的生物相容性通電元件的示例 性方面。
[0018] 圖2示出了示例性電池設計的單個電池的示例性尺寸和形狀。
[0019] 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。
[0020] 圖3B示出了具有示例性陽極與陰極連接部的第二獨立式封裝生物相容性通電元 件。
[0021] 圖4A至圖4N示出了形成用于生物醫療裝置的生物相容性通電元件的示例性方法 步驟。
[0022] 圖5示出了示例性的完全成形的生物相容性通電元件。
[0023] 圖6A至圖6F示出了生物相容性通電元件結構形成的示例性方法步驟。
[0024] 圖7A至圖7F示出了利用另選電鍛方法使生物相容性通電元件結構形成的示例性 方法步驟。
[00巧]圖8A至圖細示出了形成具有水凝膠分隔物的用于生物醫療裝置的生物相容性通 電元件的示例性方法步驟。
[0026] 圖9A至圖9C示出了利用另選分隔物處理實施例的生物相容性通電元件結構形成 的示例性方法步驟。
【具體實施方式】
[0027] 在本申請中公開了形成S維生物相容性通電元件的方法和設備。通電元件內的分 隔物元件可W新穎的方法形成，并且可包括新型材料。在下述部分中，描述了各種實施例的 詳細描述。描述的優選實施例和另選實施例均僅為示例性實施例，并且各種修改和更改對 于本領域的技術人員而言可為顯而易見的。因此，示例性實施例不限制本申請的范圍。= 維生物相容性通電元件被設計成用于活生物體的機體中或其附近。
[0028] 術語
[0029] 在下文的說明和權利要求書中，可使用多種術語，它們將采用W下定義：
[0030] 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。
[0031] 如本文所用的"粘結劑"是指能夠表現出對機械變形的彈性反應并且與其他通電 元件部件化學相容的聚合物。例如，粘結劑可包括電活性材料、電解質、聚合物等。
[0032] 如本文所用的"生物相容性"是指在具體的應用中W合適的宿主反應執行的材料 或裝置。例如，生物相容性裝置對生物系統不具有毒性或有害作用。
[0033] 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。
[0034] 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，該術語 可用于描述在表面的更小區域中的小而薄的沉積物。
[0035] 如本文所用的"電極"可指能量源中的有效質量。例如，其可包括陽極和陰極之一 或二者。
[0036] 如本文所用的"通電的"是指能夠提供電流或能夠在其內儲存電能的狀態。
[0037] 如本文所用的"能量"是指使物理系統做功的能力。通電元件的許多用途可設及 能夠執行電動作的能力。
[003引如本文所用的"能量源"或"通電元件"或"通電裝置"是指能夠提供能量或將邏輯 或電氣裝置置于通電狀態的任何裝置或層。通電元件可包括電池。電池可由堿性類型的電 池化學物質形成，并可為固態電池或濕電池。
[0039] 如本文所用的"填充物"是指不與酸或堿性電解質反應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、鐵、鐵、鋒和錫的氧化物和氨氧化物；金屬碳酸鹽諸如巧和 儀的碳酸鹽；礦物質諸如云母、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；中空或實屯、聚合物或玻璃微球、薄片和纖維 AfrAfr寸寸O
[0040] 如本文所用的"膜"是指可用作覆蓋物或涂層的材料薄層；在層合結構中該膜通常 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。
[0041] 如本文所用的"功能化的"是指使層或裝置能夠執行包括例如通電、激活和/或控 制的功能。
[0042] 如本文所用的"模具"是指可W用于由未固化的制劑形成S維物體的剛性或半剛 性物體。一些優選的模具包括兩個模具部件，運兩個模具部件在彼此相對時限定=維物體 的結構。
[0043] 如本文所用的"功率"是指單位時間內做的功或傳遞的能量。
[0044] 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的狀態的 能力。多種用途可設及恢復到能夠W某一速率在特定的恢復時間段內流動的能力。
[0045] 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的狀態。多種 用途可設及使裝置恢復到使電流W某一速率在特定的恢復時間周期內流動的能力。
[0046] 如本文所用的并有時稱為"從模具釋放"的"釋放"意指=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。
[0047] 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。在一些實施例中，不論是用于粘附還是用于 其他功能的涂層均可留在通過該涂層彼此接觸的兩個層之間。
[004引如本文所用的"跡線"是指能夠將電路部件連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，并在柔性電路中通常可為銅、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相容性的跡線，運使得集流體適合用 于在電解質的存在下引導電子流向陽極或流出陰極。
[0049] 本文展示的方法和設備設及形成用于包括在扁平或=維生物相容性裝置之內或 之上的生物相容性通電元件。一種特定類型的通電元件可為W層形式制造的電池。層還可 被歸類為層合物層。W運種方式形成的電池可被歸類為層狀電池。
[0050] 根據本公開，還可有關于如何組裝和配置電池的其他實例，其中一些會在W下部 分中描述。然而，對于許多運些實例，存在可獨立進行描述的電池的所選參數和特性。在下 述部分中，將重點描述一些特性和參數。
[00引]具有牛物巧容忡通由元件的示例忡牛物民療裝晉構推
[0052] 可包括本公開的通電元件、電池的生物醫療裝置的實例可W是電活性調焦接觸鏡 片。參見圖1A，此類接觸鏡片插入件的實例可被示為接觸鏡片插入件100。在接觸鏡片插入 件100中，可存在電活性元件120,該電活性元件可響應于控制電壓來適應聚焦特性變化。 用于提供那些控制電壓信號W及提供其他功能（例如根據外部控制信號控制環境感測）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可作為多個主要 部件，在此例中是=個部件，并可包括各種電池化學元件構造，如所討論的一樣。電池元件 110可具有各種互連特征結構，W將可示出為在互連件區域114下方的部件接合在一起。電 池元件110可連接至電路元件，該電路元件可具有自身的基底111，互連特征結構125可位 于該基底上。可為集成電路形式的電路105可電連接和物理連接至基底111及其互連特征 結構125。
[0053] 參見圖1B，接觸鏡片150的剖面浮雕（crosssectionalrelief)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，裙邊可包封該插入件并在使用者的眼睛與接觸鏡片150之間提供舒適的接觸面。
[0054] 參考本公開的概念，電池元件可W二維形式形成，如圖IC的另一個實例中所描 述。在該圖示中，可存在電池單元的兩個主要區域，即電池部件165及第二電池部件的區域 和電池化學元件160的區域。扁平的元件可連接至電路元件163,在圖IC中的實例中電路 元件163可包括兩個主要電路區域167。電路元件163可在電觸點161和物理觸點162處 連接至電池元件。如本公開所描述的，該扁平結構可彎曲成=維錐形結構。在此過程中，可 用第二電觸點166和第二物理觸點164來連接=維結構并使其保持物理穩定。參見圖1D， 可找到該=維錐形結構180的圖示。其中也可找到物理觸點和電觸點181，并且該圖示可視 為所得結構的=維視圖。該結構可包括模塊化電氣和電池部件，所述部件將與鏡片插入件 一起結合到生物相容性裝置中。
[00巧] 分段式由術方案
[0056] 參見圖2,針對用于接觸鏡片類型實例的示例性電池元件描述了不同類型的分段 式電池方案的實例。分段部件可相應地為圓形271、正方形272或矩形。在矩形實例中，所 述矩形可W是小矩形形狀273、較大矩形形狀274、或者大矩形形狀275。
[0057] 扁平由術元件的定制形狀
[0058] 在生物相容性電池的一些實例中，電池可成形為扁平元件。參見圖3A，描述了具有 陽極連接部311和陰極連接部312的電池元件的矩形輪廓310的實例。參見圖3B，描述了 具有陽極連接部331和陰極連接部332的電池元件的圓形輪廓330的實例。
[0059] 在一些扁平形式電池的實例中，