具有用于生物医疗装置的多个通电元件的部件的制作方法
【专利说明】具有用于生物医疗装置的多个通电元件的部件
[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求2014年8月21日提交的美国临时申请62/040, 178的权益，并且 其为2012年1月26日提交的美国专利申请13/358,916的部分继续申请，该专利申请要求 2011年3月18日提交的美国临时申请61/454, 205的权益。
【背景技术】
[0003] 1.巧术领域
[0004] 本发明描述了形成生物相容性通电元件的方法和设备。在一些实施例中，形成生 物相容性通电元件的方法和设备设及形成通电元件的分隔物元件。包括阳极、阴极和电解 质的活性元件可与所形成的分隔物元件电化学连接并与其相互作用。在一些实施例中，该 方法和设备的使用领域可包括需要通电元件的任何生物相容性装置或产品。
[000引 2.巧关领域描沐
[0006] 近来，医疗装置的数量快速增长并且其功能不断完善。运些医疗装置可包括例如 植入式起搏器、用于监测和/或测试生物医疗功能的电子药丸、具有活性部件的外科装置、 接触镜片、输注累和神经刺激器。前述许多医疗装置的功能增加和性能增强已经理论化并 得W发展。然而，为了实现在理论上所说的增加的功能，运些装置中的许多现在都需要自备 式通电装置，该装置与运些装置的尺寸和形状要求W及新通电部件的能量要求相容。
[0007] -些医疗装置可包括诸如半导体器件的部件，所述部件执行多种功能并且可结合 到许多生物相容性装置和/或植入式装置中。然而，此类半导体部件需要能量，因此，通电 元件也应当优选地被包括在此类生物相容性装置中。生物相容性装置的外形和相对小的尺 寸对各种功能的限定产生了新的且挑战性的环境。在许多实施例中，重要的是，提供安全、 可靠、紧凑和高性价比的装置来使生物相容性装置内的半导体部件通电。因此，存在对形成 用于植入在生物相容性装置之内或之上的生物相容性通电元件的新型实施例的需要，其中 电池元件的结构为通电元件的化学组分提供了改善的容纳度并且提供了对通电元件中容 纳的化学组分的量的改善的控制。
【发明内容】
[0008] 因此，本发明公开了用于形成生物相容性通电元件的方法和设备，由于形成了可 大量包含电池化学物质的结构，所W所述方法和设备可提供制造优势。同样，该结构设计也 可对存在于电池元件内的通电元件数量提供固有控制。
[0009] -个总体方面包括生物相容性通电元件，其还可包括间隙隔离层。生物相容性通 电元件还可包括位于该间隙隔离层中的至少第一孔。生物相容性通电元件还可包括阴极隔 离层，其中阴极隔离层附接到该间隙隔离层。生物相容性通电元件还可包括位于阴极隔离 层中的至少第二孔，其中第二孔与第一孔对准，并且其中第二孔小于第一孔，使得当第一孔 和第二孔对准时，存在暴露于第一孔中的阴极隔离层的脊。生物相容性通电元件还可包括 分隔物层，其中分隔物层被放置在间隙隔离层中的第一孔内并粘附到阴极隔离层的脊。生 物相容性通电元件还可包括在第二孔的侧面与分隔物层的第一表面之间的腔，其中腔填充 有阴极化学物质。生物相容性通电元件还可包括涂覆有阳极化学物质的第一集流体。生物 相容性通电元件还可包括第二集流体，其中第二集流体与阴极化学物质电连接。生物相容 性通电元件还可包括电解质，所述电解质包括电解质化学物质。
[0010] 具体实施可包括生物相容性通电元件，其中阴极化学物质、阳极化学物质和电解 质化学物质与通电的多个充电和放电循环相符合。生物相容性通电元件还可包括其中阴极 化学物质包括裡盐的实例。生物相容性通电元件可包括憐酸铁裡。生物相容性通电元件还 可包括插入的金属原子。生物相容性通电元件还可包括插入的裡原子。生物相容性通电元 件还可包含W下中的一种或多种：铅、儀、裡、钻、锋、钢、饥、银或娃。生物相容性通电元件还 可包含簇甲基纤维素钢。生物相容性通电元件还可包括其中阴极化学物质包含人造石墨和 炭黑中的一种或多种的实例。生物相容性通电元件还可包括其中阴极化学物质包含下苯橡 胶中的一种或多种的实例。生物相容性通电元件还可包含六氣憐酸裡。生物相容性通电元 件可包括其中生物相容性通电元件电连接至生物医疗装置内的电活性元件的实例。生物相 容性通电元件还可包括其中生物医疗装置为眼科装置的实例。在一些实例中，眼科装置可 为接触镜片。
[0011] 生物相容性通电元件还可包括其中电解质包含六氣憐酸裡的实例。生物相容性通 电元件还可包括其中分隔物前体混合物包含聚（偏二氣乙締）、聚（二甲基硅氧烷）、n-n二 甲基乙酷胺中的一种或多种的实例。另外的实例可包含甘油。生物相容性通电元件还可包 括其中分隔物包含浓度为至少90%的甘油并且所述浓度可由分隔物前体混合物中的甘油 浓度而降低的生物相容性通电元件。生物相容性通电元件可包括在生物医疗装置内。
[0012] 一个总体方面包括生物相容性通电元件，所述通电元件可包括到眼科装置中，其 中眼科装置为接触镜片。生物相容性通电元件还可包括如下的生物相容性通电元件，其包 括阴极隔离层；位于阴极隔离层中的至少第一孔；涂覆有阳极化学物质的第一集流体，其 中第一集流体附接到阴极隔离层的第一表面，并且其中在第一孔的侧面与涂覆有阳极化学 物质的第一集流体的第一表面之间形成第一腔；分隔物层，其中在分隔物前体混合物被分 配到腔中后，该分隔物层在第一腔内形成；在第一孔的侧面与分隔物层的第一表面之间的 第二腔，其中第二腔填充有阴极化学物质；第二集流体，其中第二集流体与阴极化学物质电 连接；和电解质。具体实施可包括生物相容性通电元件，其中阴极化学物质、阳极化学物质 和电解质化学物质与通电元件的多个充电和放电循环相符合。
[0013] 一个总体方面包括操作生物医疗装置的方法，该方法包括：获得具有用于包括被 供能部件的生物医疗装置的多个通电元件的层合电池装置。层合电池装置包括阴极隔离 层、位于阴极隔离层中的第一孔和涂覆有阳极化学物质的第一集流体，其中第一集流体附 接到阴极隔离层的第一表面。层合电池装置可包括其中在第一孔的侧面与涂覆有阳极化学 物质的第一集流体的第一表面之间形成第一腔的实例。层合电池装置还包括分隔物层，其 中在分隔物前体混合物被分配到腔中后，该分隔物层在第一腔内形成。该方法还包括在第 一孔的侧面与分隔物层的第一表面之间的第二腔，其中第二腔填充有阴极化学物质。该方 法还包括层合电池装置，其包括第二集流体，其中第二集流体与阴极化学物质电连接。该方 法还包括电解质，所述电解质包括电解质化学物质。该方法还包括将层合电池装置放置成 与被供能部件电接触，其中来自层合电池装置的电流流过至少一个电子晶体管，其中至少 一个电子晶体管位于控制器内；其中至少第一分立通电元件和第二分立通电元件位于层合 电池装置内，其中第一分立通电元件生成第一原始电池功率，并且第二分立通电元件生成 第二原始电池功率；并且其中功率管理单元电连接至第一分立通电元件和第二分立通电元 件。在一些实例中，功率管理单元从第一分立通电元件接收第一原始电池功率并从第二分 立通电元件接收第二原始电池功率。
[0014] 该方法可进一步包括利用第二测量来确定第二分立通电元件的缺陷。该方法还可 包括其中确定第二分立通电元件没有缺陷，W及在该情况下开关控制器控制连接至第二分 立通电元件的第二开关的状态的改变的实例。该方法还可包括其中第二开关的状态的改变 将第二分立通电元件连接至第一功率输出的实例。
[0015] 一个总体方面包括为生物医疗装置供能的设备；该设备可包括具有用于包括被供 能部件的生物医疗装置的多个通电元件的层合电池装置。设备可包括阴极隔离层和位于该 阴极隔离层中的第一孔。设备还包括涂覆有阳极化学物质的第一集流体，其中第一集流体 附接到阴极隔离层的第一表面，并且其中在第一孔的侧面与涂覆有阳极化学物质的第一集 流体的第一表面之间形成第一腔。设备还包括分隔物层，其中在分隔物前体混合物被分配 到腔中后，该分隔物层在第一腔内形成。设备还包括在第一孔的侧面与分隔物层的第一表 面之间的第二腔，其中第二腔填充有阴极化学物质。设备还包括第二集流体，其中第二集流 体与阴极化学物质电连接。设备还包括第=集流体，其中第=集流体与第二集流体物理地 分割开并与位于阴极隔离层中的第二孔内的阴极化学物质电连接；W及互连接合元件，其 中互连接合元件电连接至第一集流体、第二集流体和第=集流体，其中互连接合元件内的 电子二极管连接至第一集流体、第二集流体和第=集流体中的至少一个。
【附图说明】
[0016] 图IA至图ID示出了与接触镜片的示例性应用一致的生物相容性通电元件的示例 性方面。
[0017] 图2示出了示例性电池设计的单个电池的示例性尺寸和形状。
[0018]图3A示出了具有示例性阳极和阴极连接部的第一独立的封装的生物相容性通电 元件。
[0019]图3B示出了具有示例性阳极和阴极连接部的第二独立的封装的生物相容性通电 元件。
[0020] 图4A至图4N示出了形成用于生物医疗装置的生物相容性通电元件的示例性方法 步骤。
[0021] 图5示出了示例性的完全形成的生物相容性通电元件。
[0022] 图6A至图6F示出了生物相容性通电元件的结构形成的示例性方法步骤。
[0023] 图7A至图7F示出了利用另选的电锻方法使生物相容性通电元件结构形成的示例 性方法步骤。
[0024] 图8A至图細示出了利用水凝胶分隔物形成用于生物医疗装置的生物相容性通电 元件的示例性方法步骤。
[00巧]图9A至图9C示出了利用另选的分隔物处理实施例使生物相容性通电元件结构形 成的示例性方法步骤。
[0026] 图IOA和图IOB示出了用于多个通电元件装置的互连器和接合元件的示例性路 线。
[0027] 图IOC和图IOD示出了图IOA和图IOB的实例的示例性横截面图示。
[0028] 图11示出了可用于产生多个功率输出的具有多个通电元件装置的示例性开关系 统。
[0029] 图12示出了具有多个通电元件的示例性装置，其中运些元件可被形成为可再充 电元件。
[0030] 图13示出了具有多个通电元件的示例性装置，其中运些元件可被形成为单次使 用的元件。
【具体实施方式】
[0031] 本申请公开了形成S维生物相容性通电元件的方法和设备。通电元件内的分隔物 元件可利用新型方法形成，并且可包含新型材料。在下述部分中，描述了各种实施例的详细 描述。所描述的优选的实施例和另选实施例均仅为示例性实施例，并且各种修改和更改对 本领域的技术人员而言可为显而易见的。因此，示例性实施例不限制本专利申请的范围。= 维生物相容性通电元件被设计成用于活生物体的机体中或其附近。
[0032]术语
[0033] 在下文的说明和权利要求书中，可使用多种术语，它们将采用W下定义：
[0034] 如本文所用的"阳极"是指电流通过其流进极化的电气装置的电极。电流的方向 通常与电子流的方向相反。换句话讲，电子从阳极流进例如电路中。
[0035] 如本文所用的"粘结剂"是指能够表现出对机械变形的弹性反应并且与其他通电 元件部件化学相容的聚合物。例如，粘结剂可包括电活性材料、电解质、聚合物等。
[0036] 如本文所用的"生物相容性"是指在具体的应用中W合适的宿主反应执行的材料 或装置。例如，生物相容性装置对生物系统不具有毒性或有害作用。
[0037] 如本文所用的"阴极"是指电流通过其流出极化的电气装置的电极。电流的方向 通常与电子流的方向相反。因此，电子流进极化的电气装置的阴极并流出例如所连接的电 路。
[0038] 如本文所用的"涂层"是指薄的形式的材料沉积物。在一些用途中，该术语将指代 基本上覆盖基底表面的薄沉积物，该沉积物在基底表面上形成。在其他更特殊的用途中，该 术语可用于描述在表面的更小区域中的小而薄的沉积物。
[0039] 如本文所用的"电极"可指能量源中的有效质量。例如，它可W包括阳极和阴极之 一或二者。
[0040] 如本文所用的"通电的"是指能够提供电流或能够在其内储存电能的状态。
[0041] 如本文所用的"能量"是指使物理系统做功的能力。通电元件的许多用途可与能 够执行电动作的能力相关。
[0042] 如本文所用的"能量源"或"通电元件"或"通电装置"是指能够提供能量或将逻辑 或电气装置置于通电状态的任何装置或层。通电元件可包括电池。电池可由碱性类型的电 池化学物质形成，并可为固态电池或湿电池。
[0043] 如本文所用的"填充物"是指不与酸或碱性电解质反应的一种或多种通电元件分 隔物。一般来讲，填充物可包括基本上水不溶性的材料，诸如炭黑；煤粉；石墨；金属氧化物 和氨氧化物，诸如娃、侣、巧、儀、领、铁、铁、锋和锡的那些氧化物和氨氧化物；金属碳酸盐， 诸如巧和儀的那些碳酸盐；矿物质，诸如云母、蒙脱±、高岭石、绿坡缕石和滑石；合成的和 天然的沸石，诸如波特兰水泥；沉淀金属娃酸盐，诸如娃酸巧；中空或实屯、聚合物或玻璃微 球、薄片和纤维；等等。
[0044] 如本文所用的"功能化的"是指使层或装置能够执行包括例如通电、激活和/或控 制的功能。
[0045] 如本文所用的"模具"是指可W用于由未固化的制剂形成S维物体的刚性或半刚 性物体。一些示例性模具包括两个模具部件，运两个模具部件彼此相对时限定=维物体的 结构。
[0046] 如本文所用的"功率"是指单位时间内做的功或传递的能量。
[0047] 如本文所用的"可再充电"或"可再通电"是指恢复到具有更大做功本领的状态的 能力。多种用途可设及能够使电流W某一速率在特定的恢复时间周期内流动的恢复能力。 [004引如本文所用的"再通电"或"再充电"是指恢复到具有更大做功能力的状态。多种 用途可设及使装置恢复到使电流W某一速率在特定的恢复时间周期内流动的能力。
[0049] 如本文所用的并有时称为"从模具释放"的"释放"意指=维物体与模具完全分离， 或者只是松散地附接到模具，使得可通过轻轻晃动而移除。
[0050] 如本文所用的"堆叠的"是指将至少两个部件层紧邻彼此放置，使得其中一个层的 一个表面的至少一部分接触第二层的第一表面。在一些实例中，不论是用于粘附还是用于 其他功能的涂层均可留在通过该涂层彼此接触的两个层之间。
[0051] 如本文所用的"迹线"是指能够将电路部件连接在一起的通电元件部件。例如，电 路迹线可在基底为印刷电路板时包含铜或金，并在柔性电路中通常可为铜、金或印刷膜。一 种特殊类型的"迹线"为集流体。集流体为具有电化学相容性的迹线，运使得集流体适合用 于在电解质的存在下引导电子流向阳极或从阴极流出。
[0052] 本文展示的方法和设备设及形成用于包括在扁平或=维生物相容性装置之内或 之上的生物相容性通电元件。具体类型的通电元件可为成层制造的电池。运些层还可被分 类为层合层。W运种方式形成的电池可被分类为层状电池。
[0053] 可存在如何组装和配置根据本发明的电池的其他实例，并且一些实例可在下述部 分中进行描述。然而，对于许多运些实例，存在可独立进行描述的电池的所选参数和特性。 在下述部分中，将重点描述一些特性和参数。
[0054] 具有牛物巧容忡通由元件的示例忡牛物民疗装晉构推
[0055] 可结合本发明的通电元件、电池的生物医疗装置的示例可为电活性调焦接触镜 片。参见图1A，此类接触镜片插入件的实例被示出为接触镜片插入件100。在接触镜片插入 件100中，可存在电活性元件120,该电活性元件可响应于控制电压来适应聚焦特性变化。 用于提供那些控制电压信号W及提供诸如根据外部控制信号控制感测环境的其他功能的 电路105可由生物相容性电池元件110供能。如图IA所示，电池元件110可作为多个主要 部件，在该实例中是=个部件，并且可包括如所讨论的多种构型的电池化学元件。电池元件 110可具有多种互连器结构W将如可被示出在互连器114的区域下面的部件接合在一起。 电池元件110可被连接至可具有其自身基底111的电路元件，互连器结构125可位于该基 底上。可为集成电路形式的电路105可电连接或物理连接至基底111及其互连器结构125。
[0056] 参见图1B，接触镜片150的横截面简图可包括接触镜片插入件100及其所讨论的 组成。接触镜片插入件100可包封到接触镜片水凝胶155的裙边中，该裙边可包封接触镜 片插入件100并提供接触镜片150与使用者眼睛的舒适的交接。
[0057] 参考本发明的概念，电池元件可W二维形式形成，如图IC所示。在该图示中，可存 在电池单元的两个主要区域，即电池部件165及第二电池部件的区域和电池化学元件160 的区域。图IC中W扁平形式示出的电池元件可连接至电路元件163,在图IC的实例中，该 电路元件可包括两个主要电路区域167。该电路元件163可在电触点161和物理触点162 处连接至电池元件。该扁平结构可折叠成=维锥形结构，如相对于本发明进行描述的。在 此过程中，可用第二电触点166和第二物理触点164来连接=维结构并使其保持物理稳定。 参见图1D，示出了该=维锥形结构180的图示。其中也可找到物理触点和电触点181，并且 该图示可视为所得结构的=维视图。该结构可包括模块化的电气和电池部件，所述部件将 与镜片插入件一起结合到生物相容性装置中。
[0058] 分段式由術方案
[0059] 参见图2,针对用于接触镜片类型实例的示例性电池元件描述了不同类型的分段 式电池方案的实例。分段部件可相应地为圆形271、正方形272或矩形。在矩形实例中，矩 形可为小的矩形形状273、较大的矩形形状274、或甚至更大的矩