技术领域本公开涉及用于分配流体的可穿戴型的设备，其包括由对象穿戴的固定部以及可经由流体连接与所述固定部相关联的可替换部，所述可替换部包括用于容纳将被分配的流体的容器以及用于通过流体连接将流体发送至所述固定部的微泵，所述固定部包括被配置用于控制微泵的操作的电控制模块，该设备包括用于操作所述微泵的电池致动器。各种实施例可应用于分配流体的设备，其中流体包含胰岛素或其他药物制剂。
背景技术：
已知用于分配例如包含胰岛素或其他药物制剂的流体的设备，其可以被用户或病人穿戴，从而能够连续地或根据需要分配流体或者，并且其呈现出所容纳的尺寸和成本。对于这种类型的设备，非常重要的是实施连续地控制流体药剂的流动以在任何故障(诸如泄露、气泡、闭塞等)的情况下保证治疗的有效性和病人的安危。已知针对这种目的的系统由两部分组成：固定部，包括电子控制部、存储器和射频接口，并且例如可以被用户所穿戴；以及可替换部，包括用于药剂的容器、MEMS(微机电系统)型的微泵，具有对应的致动器和为致动器供电的电池。更详细地，在该连接中，图1示出了用于分配流体的设备10，其包括可替换部20，可替换部20又包括：容器21；MEMS微泵22，其通过入口管道21a接收来自容器21的流体并且与压力传感器23相关联；致动器24；以及电池25。固定部30包括电子控制模块31，其又包括存储器32和在射频处操作的通信接口33。11表示压力传感器23和电子模块31之间的信号连接，而12表示从微泵22开始通过固定部31到达分配针13的流体分配管道，其中分配针13用于将流体药剂分配到穿戴流体分配设备10的对象的身体中。26表示操作微泵22的致动器24的终端，例如线性致动器的轴或冲头。微泵22通常包括泵室，其顶壁由隔膜组成。终端26周期性地对泵22的所述隔膜施加机械压力。经由MEMS微泵22上存在的压力传感器(或传感器)23，通过对MEMS微泵的泵送压力的控制来执行流体的控制。前述压力传感器23的信号经由线接合或者通过一些其他类型的连接(通过在MEMS上预沉积的焊料合金的再熔化、或者通过分配导电胶、或者通过基底上微泵的接触的热超声再熔化而得到的微结)传输至微泵22的基底。从微泵的基底将前述压力信号在信号连接11上传输至固定部30上的电子控制部分31，经由滑动接触或弹簧接触实施信号连接11。如图1A所示，微泵22包括由设置在硅基底22d的顶部上的三个不同的硅层制成的泵送室22a，其中两个极端的硅层组成微泵22的底层22ae和顶层或盖22f，并且在它们之间确定室层22i，在其中挖出的是泵室22a。入口管道21a和朝向流体分配管道12的出口必须被布置在微泵22的底层22e上，从而能够与基底22d交互，这是因为由流体分配管道12表现的两个阀(入口管道21上的21b和出口上的12b)的结构使得它们不能制造在单个硅层上，而是相反地必须分别制造在不同的层(底层22e和顶层22f)上。从而，处理的目的在于获得从泵送室22a经过顶层22f，然后通过在顶层22f上形成通道22g(其经由盖元件22h密封)而回到底层22e的出口电路。上述设备表现出关于架构、尤其是可替换部比较复杂的一些缺陷，并且上述压力传感器的布置要求电路的MEMS微泵内的布置和接合焊盘。此外，这种布置涉及在泵的表面上或者设置在其中提供有泵本身的层中。
技术实现要素：
本文描述的实施例的目的在于改进如前所述的根据现有技术的设备的潜能。各个实施例由于具有所附权利要求中要求的特性的设备而实现上述目的。各个实施例可以想象将压力传感器装置布置在固定部中，邻近与分配针相关联的流体连接的终端出口部。各个实施例可以想象固定部包括致动器，并且该设备包括用于传输将固定部中的致动器连接至可替换部中的微泵的运动的构件。各个实施例可以想象传输构件为薄板或带的形式，尤其由钢制成。各个实施例可以想象，前述薄板以持久方式与微泵相关联，并且可以插入到用于接合致动器的装置中。各个实施例可以想象致动器是悬臂式致动器。各个实施例可以想象致动器是线性致动器。各个实施例可以想象接合装置包括通过弹簧推向薄板的表面的低摩擦按压元件，薄板的其他表面位于致动器上，尤其是致动器的悬臂的端部上。各个实施例可以想象接合装置包括通过弹簧推向薄板的表面的永磁体，薄板的其他表面位于致动器上，尤其是致动器的悬臂的端部上。各个实施例可以想象安装在可替换部上的微泵的流体连接的出口经由安装在固定部上的针系统连接至固定部的液压回路，其中针系统穿透可替换部上的流体密封隔膜。各个实施例可以想象(安装在可替换部上的微泵的)出口管道被定位在与将流体从容器传输至微泵的流体连接相对的壁上。各个实施例可以想象用于控制可穿戴设备中的流动的方法，可穿戴设备用于分配所述类型的流体，其中提供了根据由可替换部的分配管道下游上的压力传感器测量的压力的下降来执行流体的控制，具体为管道的下游具有出口阀，即，邻近具有分配针的流体管道的附接点。附图说明现在将参照附图，仅通过示例描述各个实施例，其中：图1和图1A先前进行了描述；图2示出了用于分配流体的设备的原理图；图2A示出了可用于图2的用于分配流体的设备的微泵的实施例的原理图；图3A和图3B是示出图2的设备的连接系统的细节的示意图；图4是用于图2的设备的第一致动器的示意图；图5是图2的设备的第一结构的示意图，具有用于传输运动的装置的接合的第一系统；图6A至图6D是图5的第一结构中的设备的接合和操作的步骤的示意图；图7A和图7B是图4的致动器的操作中涉及的量的示意图；图8是具有第二接合系统的图2的设备的第二结构的示意图；图9A至图9D是图2的设备的接合和操作的步骤的示意图；图10是图2的设备的变形细节的示意图，用于使用第二致动器和第三接合系统分配流体；图11A至图11C以及图12A至图12C是图10的第三接合系统的示意图；图13示出了使用接合的又一模式的图10的设备；图14示出了使用用于减小运动的设备的图10的设备；以及图15示出了可用于图1的用于分配流体的设备的微泵的可选实施例的原理图。具体实施方式在以下描述中，提供各种具体细节以能够更好地理解通过示例提供的实施例。实施例可以利用或不利用具体细节来实施，或者利用其他方法、部件、材料等来实施。在其他情况下，没有示出或描述公知的结构、材料或操作，使得实施例的各个方面不被模糊。说明书中提到的“实施例”或“一个实施例”是指结合该实施例描述的具体细节、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在说明书中的各个点出现的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”表述不是必须表示一个和相同的实施例。此外，可以在一个或多个实施例中以任何方便的方式来组合特定的特征、结构或特性。本文提供的参考仅用于阅读者的方便而不用于限定实施例的范围或含义。在图2中示出了上述解决方案50，其中可替换部60包括容器61和MEMS微泵62。相反，固定部70包括电子模块71，其包括存储器72和在射频处操作的通信接口73、致动器75(尤其是压电致动器)、压力传感器76和用于自动为致动器75供电的可充电电池77。可替换部60通过将其出口管道64连接至流体连接而连接至固定部70，其中流体连接将流体传输至分配针74(即，流体分配管道51)。此外，用于传输运动的构件52(尤其是金属薄板或带)优选由钢材制成，其将压电致动器75连接至微泵62。固定部还包括听觉和视觉警报器和温度传感器(在图2中未示出)。流体分配管道51被设置在固定部70中，并且可替换部60自身设置为经由具有出口阀64的管道与固定部70流体连接，出口阀64给到可替换部60的外侧(例如参照图3A和图3B示出了形态)并且来源于微泵62。压力传感器76被设置在固定部70中以测量流体分配管道51中的压力，尽可能为朝向分配针74的下游。这不仅避免了用于连接在微泵62的基底中的需求，而且还能够实现用于根据压力传感器76测量的压力的下降执行流体控制的电子模块31的结构，其中压力传感器76在固定部70和可替换部60之间的连接的下游，尤其优选在具有出口阀64的管道的下游，如上所述，邻近具有针74的流体管道51的附接点。经由使用紧挨在流体分配管道51(传送来自微泵62的流体)之前安装在固定部70上的绝对压力传感器76的压力控制再次执行的流动控制使得可以通过测量压力的下降来检查流体的容器61和出口之间的任何点(包括可替换部60和固定部70之间的液压连接)处的任何泄露。基底中电路的消除使得可以将流体的入口(管道61a，其还设置有入口阀61b)和出口(设置有出口阀64的管道)位于泵62的两个相对面上，具体为基底侧和隔膜侧，消除了设置在其表面上并利用外盖密封的通道或者埋入设置泵本身的层内(图1a的通道22g)的需求。图2A中的该连接表现了微泵62的可能实施例。如图1a的泵22，前述微泵62包括由三个不同的硅层制成的泵室62a，其中两个极端层组成底层62e和顶层62f，在它们之间识别室层62i，在室层62i中挖出泵室62a。具有对应的入口阀61b的入口管61a被布置为穿过微泵62的底层62e和基底层62d，而来自室62a的出口管道63被设置在用作盖的顶层62f上。该管道通常与管道64流体连续并且可以具有出口阀63b，出口阀63b在顶层62f中制造或者可以与管64共享该阀。因此，不需要如图1a的情况一样在盖层中设置通道然后被密封。应注意，图2A的微泵62具有通过入口管道61a的基底62d进行操作的致动器52，而出口管道63位于相对侧上。从而，再通过进一步的管道部分朝向可替换部60的面发送流体。在图2和下文中，微泵62反而被示意性表示为在与薄板或带52的施加点相同的一侧上具有用于流体的出口。在图15中，示出了包括由三个不同的硅层制成的泵室262a的微泵262，其中两个极端层组成底层262e和顶侧262f，在它们之间识别室层262i，在室层262i中挖出泵室262a。具有对应入口阀61b的入口管61a被布置为穿过微泵262的顶层262f，而来自室262a的出口管道263被设置在顶层262f和基底262d上。该管道通常与管道64流体连续，并且可以具有在底层262e中制造的出口阀263b或者可以与管道64共享该阀。此外，在该实施例中，由此不需要如图1a的情况在盖层中设置通道并且被密封。前面所述的泵的架构的简化能够使得泵还可以利用除硅之外的材料来得到，诸如模制塑料材料或耦合至金属的塑料树脂、陶瓷或玻璃基底，仅根据泵的精度来选择材料，这反映了泵的制造工艺的容限。除了利用被广泛用于MEMS技术的消减工艺由硅层制造之外，入口和出口阀以及泵送构件可以利用塑料模制来得到，或者通过在塑料体中包括金属薄板来得到。具有安装在可替换部60上的微泵62的出口阀64的管道经由安装在固定部70上的针系统78(穿过可替换部60上的密封隔膜65)连接至固定部70的液压回路，即流体分配管道51，如图3A和图3B所示，分别示出了可替换部60和固定部70在耦合之前的分离结构以及耦合后的结构。用于连接的针78被成形，以防止在穿过隔膜65期间的闭塞。隔膜65位于锥形凸起的前部中，而针系统78包括对应形状的底座78a，其在耦合结构中容纳锥形凸起65a。隔膜65的材料是基于硅的，从而与通过泵62分配的流体生物兼容。致动器75是压电型，并且如图2所示在带52上基本沿着其主轴施加位移S，其中主轴与垂直于微泵62的构件的轴一致。如前所述，致动器75被安装在固定部70上。在一个实施例中，如图4、图5和图6所示，上述致动器75可以是悬臂型。如已知的，压电悬臂致动器包括基部75e、臂或横梁75a以及端部75b。基部和臂之间的压电元件使得臂75a在方向V上关于静止位置振荡。如图2所示，以臂75a垂直于位移S处于静止位置中并执行与位移S相切的振动(还参见图7B)的这种方式，悬臂式致动器75被设置在固定部70中，即方向V平行于位移S。在各个实施例中，致动器75可以代替地为线性型，例如如图10所示。如上所述，MEMS微泵62是体积型(volumetrictype)的，其中移动元件改变所述微泵的室的体积；具体地，其是隔膜泵并如图5所示。微泵62包括泵送室62a，其一个壁由硅隔膜62b表示。隔膜62b的平面垂直于位移S，并且泵62的隔膜62b被与其相关联的金属带52致动(例如通过胶合和焊接)。在图5中，该连接通过胶合62c来得到。此外，在图5中示出了用于传输运动的构件，其如前所述是带连接52。带52和致动器75之间的连接取决于致动器75的类型。在图5中示出了带52与悬臂式致动器75的连接，其经由能够消除源于固定部70上的压电致动器75的固定(具体地，固定部的耦合加上移动部加上带的长度)、源于微泵上带的固定的容限的总和的横向接合系统79来获得。因此，应该注意，设备50如何表现以与微泵62的固定方式相关联的带52(即，经由胶合62c或上述其他方式)，并且可以插入到例如接合装置79(用于致动器75的接合)的装置中。换句话说，可替换部60承载带52，其在耦合至致动器75的时刻接合在固定部60上。通过包括弹簧79a和推进器79b的弹簧操作的按压元件来保证上述横向接合系统79，该按压元件在臂75a的纵轴的方向和垂直于带52的轴和位移S的方向上操作，并且作用在带52的顶面上。按压元件79和带52的上侧之间的耦合具有低摩擦系数；例如，推进器79b由聚四氟乙烯制成，而带52由钢材制成，使得摩擦系数的值为0.005。推进器79b将带52按压向压电致动器75的移动端75b，移动端75b优选涂有铜或塑料材料或者其上安装有由塑料材料制成的终端，带52的底侧与压电致动器的移动端75b之间的这种耦合相反具有高摩擦系数。以这种方式，压电致动器75的端部75b的运动被传输至带52，其在弹簧操作的按压元件79上滑动。通过示例，弹簧79a可以利用0.5mm的金属线制成，具有5mm的外直径和15mm的长度。钢材和铜之间的摩擦系数为1.0。按压元件79例如施加大于2N的力，并且致动器75在位移S的方向上施加2N的最大力。从微泵62流出的流体的压力例如为100kPa。图6示出了固定部70和可替换部60相对于用于传输运动的构件(即，带52)的耦合和操作的步骤。图6A示出了在两个部分60和70之间的耦合的开始时在端部75b和推进器79b之间插入胶合至隔膜62b的带52的步骤。图6B中示出了按压元件79经由被杠杆机构(未示出)(在固定部70外侧例如可被用户手动接近)操作的弹簧79a在带52的顶侧施加将其按压至致动器75的端部75b的力的步骤。图6C中示出了泵送步骤，其中致动器75的臂在从固定部70朝向可替换部60定向的位移S的方向上表现朝着隔膜62b刺入的移动(在图7A中被线性化)，其在相同方向上推动带52，而按压元件79在相反方向上滑动。相反，图6D中示出了抽吸步骤，其中致动器75的臂75a在从可替换部60朝向固定部70定向的位移S的方向上表现出关于隔膜62b的拖拽运动，在相同方向上拉动带52，而按压元件79在相反方向上滑动。图7A和图7B中示出了耦合至带52的致动器75的详细侧视图。臂75a的自由长度L必须远大于致动器的端部75a的绝对位移，从而能够使得沿着致动器的运动的垂直轴的位移最小化，由此防止与带接触的力的降低。例如，位移S包括在20和50μm之间，而自由长度L包括在5000和10000μm之间。参照图7B，详细示出了图7A中出现的端部75a，H是垂直于运动S的方向的位移，而T是在平行于运动方向的方向上静止的臂75a的厚度。因此，H＝Tarctan(S/L)(arctan即反正切)从而，假设厚度T和位移S的值，长度L必须增加以使垂直位移H最小化并且保证运动期间与带52的接触。图8示出了悬臂式致动器75和带52之间的接合的可变实施例，其使用用于接合被弹簧系统89a(也被杠杆机构控制)支持的永磁体89b的系统89。一旦插入可由磁性或非磁性材料制成的金属带52，磁体89b就通过作用于杠杆机构而移近带52，将带52本身按压至致动器75的端部89b(其由铁磁材料制成，例如镍)。通过作用于杠杆机构得到带52的分离。可以容易地替换磁体/杠杆机构组件。图9详细示出了图6所示类似的方式的耦合和操作步骤。如上所述，在这种情况下，由于磁性耦合，系统89不在相对于端部79b的相反方向上滑动，但是弹簧79a弯曲并倾斜，跟随带52的位移。以下提供了用于磁体接合系统89的一些参考值。永磁体79b例如可以由钕-铁-硼(Neo-Delta-Magnet型)制成，与其相关联的是能量乘积磁通量的密度乘以磁场的力＝BxH＝278Kj/m3利用尺寸为5x2.5x2m的磁体79b，通过弹簧79a传递4.5N的力，而能量E为E＝278x(5x2.5x2)x10E-9kJ＝6.95x10E-6kJ＝6.95mJ可以看出，能量E的值非常低。位移S的方向上的最大力为2.7N。此外，磁体79b具有朝向带52的镍结束(finish)，镍-钢系数为0.6。由于由永磁体产生的磁场会影响电设备的行为，所以优选地，固定部70包括钢屏蔽，而可替换部60不包含任何敏感部件。图10中示出了线性致动器175，其也可以是压电型，并且包括沿着轴S线性地位移的电机部175e、在位移S的方向上线性平移并与带52的不与隔膜62b相关联的端部相关联(尤其经由凸轮耦合175b)的轴175a。图11中详细示出了经由凸轮耦合175b得到的线性致动器175与带52的连接。带52被插入到两个成形的颌形件175d之间的空间中，并且可以沿着与位移S平行的垂直轴滑动，内部凸轮成形主轴175c作用于其上。图11A示出了不具有带52的正视图中的凸轮耦合175b(垂直于位移S的方向的平面)，图11B示出了带插入到颌形件175d之间的凸轮耦合175b，而图11C示出了带52的夹紧：通过作用于杠杆，主轴175c旋转并移动两个颌形件175d，由此阻塞薄板或带52。一旦主轴旋转到原始位置，弹簧能够使颌形件175d打开并释放薄板。图12在横截面中示出了与图11相同的结构。此外，在线性致动器的情况下，可以使用可选的连接系统189，其使用被沿着轴自由移动的弹簧189a支持的永磁体189b，以补偿带52的往复运动。接合系统189在图13中被示为在轴175a的端部上插入到支持件185中，并且基本对应于先前示出的系统89。图14中示出了与操作为摇杆的悬臂式机构190相关联的线性致动器175，以得到带52从线性致动器175的位移S’开始的位移S的减小范围，由此增加力。悬臂式机构190包括垂直壁190b和水平壁190a(其经由销190c以可旋转方式与垂直臂190b相关联)。轴175a经由销190b类似地连接至悬臂190的垂直臂190d。基本沿着相同的水平轴，带52被固定在水平臂190a上，从而悬臂190提供了减小线性致动器175的位移范围的传输。悬臂机构190与带52的耦合类似于悬臂式致动器75，使用按压元件79和类似的摩擦系数。以这种方式，可以使用具有较低力和较小尺寸的线性压电致动器。可以经由已经针对线性致动器175的操作而示出的机械或磁性系统来进行与泵的连接。固定部70和可替换部60之间的机械对齐通过可替换部60的情况下铸造的锥形销来保证，其与固定部70中的对应孔耦合。利用在固定部70的本体中铸造的金属钩来得到两个部件60和70之间的接合。这些钩耦合至可替换部60上的对应孔眼。优选地，以需要施加拉力去除可替换部60的这种方式来配置钩和孔眼，这导致孔眼的故障。以这种方式，防止了已经安装过一次的可替换部的重复使用。安装在固定部上的电池77是AA型。因此，所描述的解决方案的优势可以从上面描述中清楚地得到。所描述的设备和对应方法能够简化MEMS微泵的制造，消除了转移到固定部上的集成压力传感器。这能够消除诸如接合焊盘的元件和内部连接，因此消除了露出的通道，到目前为止，用于流体的入口和出口可位于泵的相对面上。流体可以通过MEMS微泵在一侧上拉入，并从相对侧泵送，因此简化了泵的制造。此外，所描述的设备和方法能够简化设备的可替换部，消除了致动器和内部电连接(线接合)以及外部连接焊盘，在生产和成本方面具有明显的优势。微泵的MEMS结构直接固定在结构上。此外，考虑到消除了弹簧接触，所以简化了固定控制部分。此外，考虑到压力传感器在固定部上沿流体连接移动，所以所描述的设备能够使用标准MEMS用于测量压力。当然，不背离本发明的原理，相对于仅通过示例所描述的，细节和实施例甚至可以显著变化，由所附权利要求来限定保护范围。作为由硅制成的微泵的备选方案，可以安装由塑料制成的微泵，即使后者通常显示出较低的性能。