用于可控地释放预定量物质的设备和方法

专利名称：用于可控地释放预定量物质的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于可控地释放预定量物质的设备。本发明进一步涉 及用于从隔室可控地释放预定量物质的方法。
背景技术：
在许多不同的科学和工业领域中，向载流体中精确输送少的精确量的 一种或多种化学制品极其重要。在医学中的例子包括利用静脉注射方法、 肺部法或吸入方法或者通过从血管支架设备释放药物来给病人输送药物。
在诊断学中的例子包括向流体中释放反应来进行DNA或基因分析、组合化 学、或环境样品中的特定分子检测。涉及向载流体中输送化学制品的其它 应用包括从设备向空气中释放香气和治疗用香味(therapeutic aromas)，以 及向液体中释放调味剂来制备饮品。
用于控制释放预定量的物质的设备已普遍公知。例如，美国专利申请 US 2004/0034332 Al公开了一种用于控制药物输送的可植入设备，该设备 包括带有贮存器的微芯片，该贮存器含有要被释放的分子。该微芯片设备 包括基板、位于该基板中的至少两个贮存器、以及贮存器盖，其中所述至 少两个贮存器含有要被释放的分子，贮存器盖设置在该贮存器的一部分之 上或设置在该贮存器的一部分内并且位于分子上方，从而通过经由贮存器 盖扩散或者在贮存器盖发生分解或破裂后扩散来可控制地从该设备释放这 些分子。单个微芯片的每个贮存器都含有可被独立地释放的不同分子。现 有设备的一个缺点在于每个贮存器都直接接触电极，其中所述电极用于 通过施加电流来电气破坏密封层或盖，并释放药物。现有技术系统的缺点 在于每个隔室或每个贮存器都需要一个外部电连接，其中药物是从隔室 或贮存器中释放出来的。这严重地限制了单个设备上能够设置的隔室的数 量，原因在于所有电连接都需要空间令人难以接受。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于可控地释放预定量物质的设备， 它具有增加了数量的贮存器或隔室，而无需为每个独立受控的隔室提供一 个或多个外部电连接。
上述目的由根据本发明的用于可控地释放预定量物质的设备和方法来 实现。根据本发明的第一实施例，该设备包括位于基板中的第一数量的隔 室，每个隔室由至少一个释放机构关闭，并且该设备进一步包括第二数量 的激励触点，用于通过在所述第二数量的激励触点中的至少第一激励触点 与第二激励触点之间施加激励信号，来释放所述第一数量的隔室中的一个 隔室中的物质，其中所述第一数量大于所述第二数量，并且每个激励触点 包括位于基板中或基板上的至少一个导体路径，用于电连接至少一个隔室， 并且所述激励触点在基板中或基板上形成网状结构。
上述目的由根据本发明的用于可控地释放预定量物质的设备和方法来 实现。根据本发明的第二实施例，该设备包括位于基板中的第一数量的隔 室，每个隔室由至少一个释放机构关闭，并且该设备进一步包括第二数量 的激励触点，用于通过在所述第二数量的激励触点中的至少第一激励触点 与第二激励触点之间施加激励信号，来释放所述第一数量的隔室中的一个 隔室中的物质，其中所述第一数量大于所述第二数量，并且每个激励触点 包括位于基板中或基板上的至少一个导体路径，用于电连接至少一个隔室， 并且取决于所述第一激励触点与所述第二激励触点之间的激励信号，激励 一个隔室。
根据本发明的这两个实施例的装置的优点在于它可以基于多个独立 的药物释放隔室来实现一种可控输送物质或药物的系统，其中隔室的数量 与激励触点的数量相比非常高，并且降低了控制要求和制造要求，并由此 降低了设备的成本。根据现有技术，隔室的数量极大地受到需要通过连接 线来逐个接触每个隔室的限制，或者可选地，隔室的数量极大地受到控制 逻辑成本的限制，并且制造成本相当高。下文所谈到的激励触点的网状布 置或结构用于一种布置，其中在每一个激励触点之间潜在设置至少一个释 放机构。
本发明的这两个实施例的另一优点在于应用，例如，可以制造外用药物输送系统(贴片(patch))，可植入的药物输送系统或口服药物输送系统 (e-pill)。根据本发明的药物输送系统可以用于输送单种药物，但是也可以有 利地应用到从相同布置的隔室或相同的设备施加几种不同药物的系统。
并且，有利的是根据本发明的所有实施例，可以对想要激活的释放 机构是否被真正激活进行验证，即对释放机构是否被打开来释放物质进行 验证。在将膜或封闭盖作为释放机构的情况下，该打开或释放也被称为膜 或封闭盖的"爆裂"。
根据本发明的第一实施例，第一数量优选大于第二数量平方的四分之 一，并且第一数量优选大约等于第二数量平方的一半减去第二数量的一半。 因此，可以提供很大的第一数量的隔室，且仅需要较少的第二数量的激励 触点。尤其是与释放机构的布线或连接图案为矩阵布置的情况相比，对于 给定第二数量的激励触点而言，可以设置更大的第一数量的隔室。
此外，根据本发明的第一实施例，第一数量优选小于第二数量的平方， 并且这些激励触点被设置成没有交叉点，优选地，第一数量大约等于第二 数量的三倍减六。并且，第一数量优选小于第二数量的平方，并且所述激 励触点被设置成没有交叉点且位于隔室的一侧，第一数量优选大约等于第 二数量的二倍减三。利用这些优选实施例，有利的是可以降低生产所发明 设备的制造成本，在这种情况下，可以省去用于提供激励触点的交叉的附 加层。另外，可以仅在布置释放机构的一侧提供激励触点。
根据本发明的两个实施例，第一激励触点和/或第二激励触点优选包括 用于选择性激励一个隔室的选择元件。优选地，选择元件是电阻元件，其 中通过施加用作激励信号的不同电压来选择不同的隔室。由此，可以相对 于第二数量的激励触点增大第一数量。
根据本发明的两个实施例，电阻元件优选是非线性元件，优选是二极 管。由此，对于给定的安全裕度和给定的电压差而言，可以选择更高数量 的隔室。
根据本发明的第二实施例，所述选择元件优选是电容元件或电感元件， 其中通过施加用作激励信号的不同频率来选择不同的隔室。由此，通过选 择频率来选择释放机构是非常有利的。
根据本发明的第二实施例，激励触点优选在基板中或基板上形成网状结构。由此可以获得本发明第一实施例和本发明第二实施例的优点。
根据本发明的两个实施例，所述释放机构优选是一次性释放机构。这 意味着通过施加大于阈值的释放信号使得释放机构以某一方式被"破坏"，且 该释放机构不能重新利用。由此，可以以非常划算和容易的方式制造所述 释放机构。然而，本发明还涉及一种释放机构，该释放机构一旦己经被(首 次)打开则可关闭一次，且至少可以在第二次重新打开。这种采用了重新可 关闭和重新可打开的释放机构的实施例不是优选的，这是因为它通常暗示 着更高的成本。
根据本发明的两个实施例的优选变形，借助于封闭盖提供了根据本发 明的释放机构。封闭盖是释放机构的特定且优选的实施例。其它释放机构 的示例是聚合物膜或凝胶，或者是膜，如果所述聚合物膜或凝胶受热(分解 载体矩阵或改变其属性，例如断开专用的化学键)，则将释放出药物；而所 述膜能够在施加电势后改变某些分子的渗透性。
在本发明两个实施例的另一优选变形中，设置了第一组隔室来容纳第 一数量的第一物质，以及设置第二组隔室来容纳第二数量的第二物质。根 据本发明的设备的优点在于在所发明的设备的结构中可以实施非常灵活 的物质释放机构。例如，可以设置不同尺寸的隔室，这样能够容纳不同体 积的要被释放的物质。例如，如果要在给定时刻释放更大量的物质，那么 可以对设备进行相应地控制，并打开具有恰当尺寸并因此容纳了要被释放 的恰当体积的物质的隔室，从而取代从某一数量的较小隔室中释放同样数 量的物质，它们具有相同的效果。当然，从一个单个的隔室释放恰当数量 的物质更容易控制并因此使得根据本发明的设备更小，重量更轻以及更划 算。相应地，第一物质和第二物质可以不同或相同。另一种提高释放物质 (例如药物等)的灵活性的方式是在设备的不同隔室中提供几种不同的物 质或不同的物质混合物，不同的隔室具有相同或不同的尺寸。从而，可以 二者择一地在一天期间或者在另一时间间隔期间向患者可控地释放例如两 种不同的药物。可选地，例如，通过提供不同尺寸的隔室和在不同尺寸的 隔室中提供不同的物质，还可以进一步增强所发明设备的使用灵活性。根 据本发明，第一数量优选大约是第二数量的一半。从而，还可以具有第一 组隔室、第二组隔室、第三组隔室、以及第四组隔室，其中所述第一组隔室具有第一体积或者容纳了第一数量的物质，所述第二组隔室中的每一个
隔室容纳了所述第一数量两倍的物质，所述第三组隔室容纳了所述第一数 量四倍的物质，所述第四组隔室容纳了所述第一数量的八倍物质。从而， 更进一步增强了释放一种或多种物质的灵活性。
根据本发明的两个实施例的变形，进一步优选的是利用电化学反应 或者利用加热所述释放机构，优选利用电流或者利用在第一激励触点和第 二激励触点之间施加电势来激活所述释放机构。该设备可以以非常划算的 方式生产，并且可以更快、更精确地释放物质。
本发明两个实施例的进一步优选的变形设置了用于控制物质释放的控 制单元。进一步优选的是所述第一数量至少是10，优选至少是100，更
优选至少是iooo，还更优选地至少是10000个隔室。可以利用微量吸管或
喷墨打印技术来填充所述隔室。
根据本发明的两个实施例的优选变形，将第一数量的隔室中的一个隔 室的释放机构设置成能够承受达到所施加的第一功率水平的功率，且不释 放所述物质，并且将所述释放机构设置成在超过施加于释放机构的第二功 率水平时释放物质。从而，可以高度确保在不应当激活释放机构的情况下 不激励该释放机构，反之亦然。
根据本发明的两个实施例的变形，进一步优选的是第一功率水平大 约是第二功率水平的一半，或者第一功率水平大于第二功率水平的一半。 从而，有利的是可以提供一种这样的设备，其以非常可靠和可控的方式释 放一种或多种物质。本领域技术人员公知的是如果施加的功率接近所述 第一功率水平和所述第二功率水平，同时在释放或不释放物质的可靠性方 面保持相同的水平，这意味着膜的电阻必须符合更高的精度要求；然而， 这种接近所述第一功率水平和所述第二功率水平将导致可能要实现更加复 杂的网格(具有更多数量的激励触点)。
本发明还包括一种使用根据本发明第一实施例的设备来可控地释放隔 室中的预定量物质的方法，其中，所述设备包括位于基板中的第一数量的 隔室，每个隔室由至少一个释放机构关闭，并且该设备进一步包括第二数 量的激励触点，其中所述第一数量大于所述第二数量，并且每个激励触点 包括位于基板中或基板上的至少一个导体路径，用于电连接至少一个隔室，并且所述激励触点在基板中或基板上形成网状结构，该方法包括步骤
-在所述第二数量的激励触点中的至少第一激励触点与第二激励触点之 间施加激励信号，从而释放所述第一数量的隔室中的一个隔室中的物质。
本发明还包括一种使用根据本发明第二实施例的设备来可控地释放隔 室中的预定量物质的方法，该设备包括位于基板中的第一数量的隔室，每 个隔室由至少一个释放机构关闭，并且该设备进一步包括第二数量的激励 触点，其中所述第一数量大于所述第二数量，每个激励触点包括位于基板 中或基板上的至少一个导体路径，用于电连接至少一个隔室，并且取决于 所述第一激励触点与所述第二激励触点之间的激励信号，激励所述一个隔 室，该方法包括步骤
-在所述第二数量的激励触点中的至少第一激励触点与第二激励触点之 间施加激励信号，从而释放所述第一数量的隔室中的一个隔室中的物质。
利用本发明的两个实施例，可以以非常快速和容易可控的方式可控地 释放特定量的物质。
在根据本发明的方法的两个实施例的优选变形中， 一个以上的隔室同 时释放物质。这意味着顺序打开多个隔室，使得它们的释放时间段(通常比 打开特定隔室所需的时间长很多)重叠，并且使得一个以上的隔室释放物质 成为可能。从而，可以非常灵活地控制所述物质的释放。
在根据本发明的方法的两个实施例的另一优选变形中，根据要被激励 的隔室，改变所述激励信号的电压和/或频率。从而，可以以非常灵活的方 式控制物质的释放并以非常划算的方式提供该设备。


通过以下结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它特性、特征 和优点将变得显而易见，其中附图以举例方式说明了本发明的原理。仅出 于示例的目的给出了该描述，并不是要限制本发明的保护范围。下文引用 的参考图表示附图。
图1示意性说明了根据现有技术的设备100，示出了这种类型设备的原 理性结构；
图2_图4示意性说明了根据现有技术的布线图案；图5 —图8示意性说明了根据本发明第一实施例的不同网状的布线图 案；以及
图9—图16示意性说明了本发明第二实施例的不同变形。
具体实施例方式
将针对具体实施例并参照特定附图介绍本发明，但本发明不限于此而 仅由权利要求限定。所描述的附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中， 出于说明性目的， 一些元件的大小可能被放大且没有按比例绘制。
其中不定冠词或定冠词用在单数名词之前，例如"一"、"一个"、"该"， 除非特别说明，否则这包括该名词的复数。
而且，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分相似
元件，而不一定用于描述序列顺序或时间顺序。应该理解所使用的这些 术语在适当的情形下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以 本文未描述或举例的其它顺序实施。
而且，说明书和权利要求中的术语顶部、底部、上方、下方等用于说 明性目的，而不一定用于说明相对位置。应该理解所使用的这些术语在 适当的情形下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够在本文未 描述或举例的其它方位处实施。
应该注意:本说明书和权利要求书中使用的术语"包括"不应该被解释为 局限于其后所列出的部件；它不排除其它元件或步骤。因此，表述"包括
部件A和B的设备"的范围不应该被限制为仅由部件A和B所组成的设备。 对于本发明而言，它意味着该设备的仅有相关部件是A和B。
在图1中，示意性示出了根据现有技术的公知设备100。该公知设备 lOO包括基板ll，多个隔室20设置在该基板上。该隔室20由释放机构30， 尤其是封闭盖30封闭。从图1可以进一步看出，存在通向每个隔室20或 至少通向或接近每个释放机构30的电极线。这些连接线在图1中没有用附 图标记标出。公知设备100还包括电极区域110。
在图2—图4中，进一步示出了根据现有技术的布线图案。图2示出了 一种图案，在该图案中为每个隔室20或每个释放机构30提供两个激励触 点400。因此，第一数量N,是第二数量N2的一半(N产0.5+N2)，考虑基板上的空间和制造复杂性，这需要花费巨大的努力来布线。图3示出了一种图 案，在该图案中为每个隔室20或每个释放机构30提供一个激励触点400， 并且多个隔室20或释放机构30还共用另一个激励触点400。在该示例中， 第一数量N,等于第二数量>12减1(N,=N2-1)。图4示出了以矩阵形式布置释 放机构30的一种图案，即第一数量N,等于第二数量N2平方的四分之一 (,0.25+N22)。
图5 —图8示出了本发明第一实施例的示例，它们具有网状结构的激励 触点40。图9一图16示出了与本发明第二实施例相关的示例和说明，其中 根据激励信号来选择释放机构，或根据激励信号来选择性激活释放机构。
与图l示出的类似，在所发明设备10的两个实施例中，存在第一数量 的隔室20或释放机构。与现有技术的设备相比，设备10包括位于基板11 中的隔室20。基板11是其中形成有隔室20的结构体；例如，它含有蚀刻 的、机械加工的或模制的隔室20。隔室20 (在下面也称为贮存器)是物质 的容器。可以使用本领域公知的微机电系统方法、微模制技术及微机械加 工技术并利用各种材料来制造基板11以及隔室20。合适的基板材料的例子 包括金属、陶瓷、半导体、可降解及不可降解聚合物。对于体外设备应用 而言，基板材料的生物兼容性一般是优选的。在使用前，可以对基板或其 部分涂覆、封装、或以其它方式将其容纳在生物兼容材料中。基板ll可以 是柔性的或刚性的。在一个实施例中，基板ll用作微芯片器件的载体。在 一个例子中，基板11由硅形成。基板11可以具有适于成形表面的各种形 状。例如，它可具有释放侧，即具有释放机构的区域，该释放侧是平坦的 或弯曲的。例如，基板的形状可以选自包括圆盘形、圆柱形或球形的组。 在一个实施例中，可以将释放侧成型为与弯曲组织表面的形状一致。这一 点对于向该组织表面局部输送治疗试剂尤其有利。在另一实施例中，将背 侧(释放侧的远端)成型为与附着表面的形状一致。基板可以仅由一种材 料构成，或者基板可以是复合物或多层材料，即，基板由键合到一起的多 层相同或不同的基板材料构成。
图5示出了根据本发明的设备10的布线图案的示例，该设备10具有 网状结构的激励触点40。最左边给出了 N2=3的情况(N产3个隔室)。在图5 的中间，给出了 N2=4的情况(N产6个隔室)。最右边给出了 N2=5的情况(N「10个隔室)。在该图中，根据本发明的这种网状结构的激励触点40的 构造原理是明显的。
粗略地讲，这种构造原理包括在第二数量(N2)的激励触点40中的 每一个之间设置隔室20或释放机构30。在下文中，将这种网状结构称为完 全填充网格。
本发明的一个重要特征在于它必须可以对释放机构30是否确实被激 励进行验证，即对相应的隔室20是否确实被打开进行验证。因此，根据本 发明的设备和方法能够对特定释放机构30是否已经被激励进行验证。在下 文中，假设释放机构30是相同的，即在所有的释放机构被激励之前，即在 所有的释放机构通常被破坏或"爆裂"之前，它们都具有相等的电阻值RM。 因此，激活所有这些释放机构30都需要特定量的能量，然后它们具有非常 高的电阻。由于与基板相匹配，因此典型的公差很低，例如小于20%。为 了能够对特定的释放机构30是否已经被激励进行验证，需要对确实能够激 活释放机构30的能量的安全功率裕度进行限定。因此，定义了第一功率水 平61，其被设置成能够确保如果输送至所考虑的特定释放机构30的能量 保持低于第一功率水平61，那么该特定释放机构30将总是保持完好无缺。 假设第二功率水平62是这样的，即倘若输送的能量超过第二功率水平62， 则它将一直破坏或激励释放机构30。为了描述本发明，假设第一功率水平 61是第二功率水平62的一半(即50%)。
在完全填充网格(参见图5)的情况下，第一激励触点40a与第二激励触 点40b之间的一个释放机构30(对应于一个隔室20a)所消耗的能量是V2/1^， 其中V对应于施加的电压。现在可以选择电压，使得该能量消耗刚刚够激 活或爆裂释放机构30，并且该网格中的任意其它膜或任意其它释放机构30 所消耗的能量的数量低于第一功率水平61，并因此保持完好无缺。这对应 于第一激励触点40a和第二激励触点40b之间的释放机构30，其消耗的能 量的数量超过了第二功率水平62，而所有其它激励触点40消耗的能量的数 量低于第一功率水平61。这种互联方法的优点，即该网状结构的一个优点 在于激励释放机构30所需的电压V对于所有膜而言都是相同的。因此， 该系统所需的控制逻辑(也称作驱动器)非常简单。这种驱动器仅仅需要能够 输出 一个相对于地的特定电压或者保持连接浮置。对于更高的第二数量N2的值而言，最坏的情况示出了功率裕度变得更 小，即第一功率水平61对应于大于第二功率水平62的50%。这种最坏的 情况可以按照下述计算
具有N2个激励触点和释放机构30的完全填充网格中的第一激励触点 40a与第二激励触点40b之间的电阻的电阻值RM是2Rm/N2。在膜被激励吋， 该电阻决不会降低。最坏的情况是如此激励释放机构30，使得余下的是刚 好具有一个释放机构30的激励触点40，其中这个释放机构30连接至具有 N2-1个端子的完全填充网格。在图6中，示出了该情况。如果需要至少为2 的功率裕度(即第二功率水平62是第一功率水平61的二倍)，那么子网格的 电阻应当不小于R^(W-1)=RM*0.414。因此，N2的值被限制成大约为5。
然而， 一种激励释放机构的智能顺序会避免这种最坏的情况。在任意 情况下，对于很高的N2值而言，借助于电阻测量的验证将变得困难。如前 所述， 一种最坏的情况是激励第一释放机构30。在网格中的剩余部分完全 完好无缺的情况下，电阻是2RM/N2。当第一释放机构30被激活时，电阻增 加至2RM/(N2-2)。如果假设公差是20%，那么N2的上限大约是10。
在本发明的第一实施例中，流经要被激励的释放机构30的电流仅由施 加至本发明设备的网格或布线结构的电压来确定，当然它也由释放机构30 的电阻来确定。为了确保释放机构30快速被激励，这种电阻的电阻系数为 负数是有利的。当封闭盖或膜被加热时，电阻下降，并且电流以及因此消 耗的功率将增加，这样加速了温度进一步增加。因此，负的电阻系数将增 加功率裕度。
在图7和图8中，示出了激励触点40的布线的网状结构的另一实施例。 N2>4的完全填充网格包含不同激励触点40的导电焊盘的相交点或交叉点， 这转化为在布线结构的物理实现中需要电线(wire)。这在实际产品的实现 上成本很高。因此，根据本发明第一实施例的变形，提出构造一种没有交 叉点或没有过孔的网格，即不完全填充网格。如果我们假设这些连接在基 板的一侧，那么释放机构30的最大数量被限制为2N2-3。对于N户5而言， 被连接成没有相交点或没有交叉点的释放机构30的数量远小于具有相交点 的释放机构30的数量。并且，没有相交点或交叉点情况下的数量大约是在 具有公共电极(参见图3)的直接，单独可寻址的释放机构30情况下数量的两倍，其中后一种情况下的释放机构30的数量是N2-1。
在图8中，示出了本发明第一实施例的另一变形，其中激励触点40由 放置在基板上任意点处的焊盘或连接焊盘组成，即其它激励触点40的电线 或接触焊盘可以在激励触点40的周围，并且释放机构30的最大数量现在 是3Nr6，这在图8 (例如Nf5)中示出。
在图9一图16中，示出了本发明的第二实施例的变形。在本发明的第 二实施例中，在所发明设备的布线结构中插入了附加电阻器。对于某一数 量的释放机构30而言，提供了两个特定的激励触点40a、 40b。通过将附加 的电阻器51用作选择元件51(参见图9)，可以通过施加不同的电压V,、 V2、 V3、 V4(参见图10，图10示出了(除了第一功率水平61和第二功率水平62 之外)在不同选择元件51的情况下、对于不同释放机构30而言作为激励信 号45的函数的消耗功率60)来选择要激活的不同释放机构。当在端子40a、 40b (即第一激励触点40a和第二激励触点40b)上施加电压V时，释放机 构30的消耗由V,RM,/(RMi+Ri)^RMi+Ri)来限定。通过选择适当的值，例如， 如果四个释放机构30如图9所示那样进行连接，那么我们可以选择R产O 欧，这使得RM1在V,时被激励。通过选择R2=RM(W-1)=RM*0.414来实现 要被激活的释放机构30的消耗功率与不应当被激励的下一释放机构30的 消耗功率之间的裕度为2。然后，V2是V^V,。类似地，R3=RM(V -1)=RM， 这使得V^2n^。最终，R4=RM(W-1)=RM*1.828使得V4=2^*^。这意味 着在电压范围仅为2.82的情况下，通过施加不同的电压V,、 V2、 W和 V4来利用第一激励触点40a和第二激励触点40b独立地控制四个膜。对于 更多数量的膜而言，最后串联的电阻器的耗散和激活电压或许会变得过高。 这种结构中的电阻器和释放机构30的温度系数应当优选接近于0，以便保 持精确限定的电压来激励释放机构30。
用作选择元件51的附加电阻器51也可以放置在备选布置中，如图11 所示。与图9的布置相比，它的缺点在于不将被激励的释放机构30所消耗 的功率在激励另一个膜时发生变化。
优选使用与释放机构30的电阻器相同的工艺和相同的材料来制造附加 电阻器51。这使得二者之间能够很好地匹配。当然，必须将它们制造成使 得它们容易承受它们必须消耗的功率。尤其是梯形中最后一个附加电阻器将具有相当高的损耗。再次，通过简单的电流或电阻测量^,成膜(即释放
机构30)的状态的验证。 '
并且，根据本发明第二实施例的变形，还可以提供非线性元件作为选 择元件51。最终的电路可以并联连接。这在图13中示出。图12粗略示出 了这种非线性电阻器元件中的一个的特性，在图12中，示意性示出了电流 I与电压V之间的特性(没有任何单位)。现在，流经释放机构30的电流非 线性地取决于激励触点40a、 40b上的电压。与使用线性电阻器相比，这增 加了每个膜的编程电压之间的裕度。可以使用各种类型的非线性元件，例 如非线性电阻器或二极管。可以采用低成本的沉积处理来制造非线性电阻 器。该沉积处理与本发明设备的生产工艺能够很好得配合。例如，通过连 接两个不同的金属层，可以形成肖特基二极管。
通过在释放机构30的路径中插入非线性特性的选择元件51 ，有效地设 定阈值，当低于该阈值时几乎不流过任何电流。通过在该路径中插入两个 或两个以上这样的电阻器，每个膜或每个释放机构30可以具有如图14所 示的单个阈值电压。结果是各种激活电压跨越了较小的范围。并且，它们 在这样的电压范围中间隔得更加均匀。这允许将更高数量的膜连接至第一 激励触点40a和第二激励触点40b。图14示出了这种特性，在图14中，再 次示出了第一功率水平61、第二功率水平62以及损耗功率60，其中损耗 功率60是在第一激励触点40a与第二激励触点40b之间施加的激励信号45 的函数。
在本发明第二实施例的另一变形中，示意性示出了电容性选择元件 52(参见图15)或电感性选择元件53(参见图16)。选择适当的释放机构30并 不是基于激励信号45的不同电压，而是基于不同的频率。串联的电容器使 得释放机构30的损耗取决于激励信号45的频率。作为频率的函数的阻抗 测量允许验证膜的状态。要使用的频率相当高以限制不同电容的制造成本。 取代电容器，电感器也可以用作选择元件。
权利要求
1、一种用于可控地释放预定量物质的设备(10)，所述设备(10)包括位于基板(11)中的第一数量(N1)的隔室(20)，每个隔室(20)由至少一个释放机构(30)封闭，并且所述设备(10)进一步包括第二数量(N2)的激励触点(40)，用于通过在所述第二数量(N2)的激励触点(40)中的至少第一激励触点(40a)与第二激励触点(40b)之间施加激励信号(45)，来释放所述第一数量(N1)的隔室(20)中的一个隔室(20a)中的所述物质，其中所述第一数量(N1)大于所述第二数量(N2)，并且每个所述激励触点(40)包括位于所述基板(11)中或所述基板(11)上的至少一个导体路径(42)，用于电连接至少一个隔室(20a)，并且所述激励触点(40)在所述基板(11)中或所述基板(11)上形成网状结构。
2、 一种用于可控地释放预定量物质的设备(IO)，所述设备(10)包括位于 基板(11)中的第一数量(N,)的隔室(20)，每个隔室(20)由至少一个释放机构 (30)封闭，并且所述设备(10)进一步包括第二数量(N》的激励触点(40)，用于 通过在所述第二数量(N2)的激励触点(40)中的至少第一激励触点(40a)与第 二激励触点(40b)之间施加激励信号(45)，来释放所述第一数量(N,)的隔室(20) 中的一个隔室(20a)中的所述物质，其中所述第一数量(N,)大于所述第二数量 (N2)，并且每个所述激励触点(40)包括位于所述基板(11)中或所述基板(U) 上的至少一个导体路径(42)，用于电连接至少一个隔室(20a)，并且取决于所 述第一激励触点(40a)与所述第二激励触点(40b)之间的激励信号(45),激励 所述一个隔室(20a)。
3、 根据权利要求1所述的设备(IO)，其中所述第一数量(N,)大于所述第 二数量(N2)的平方的四分之一，并且所述第一数量(NO优选大约等于所述第二数量(N2)平方的一半减去所述第二数量(N2)的一半。
4、 根据权利要求1所述的设备(IO)，其中所述第一数量(N,)小于所述第 二数量(N2)的平方，所述激励触点(40)被设置成没有交叉点，并且所述第一 数量(ND优选大约等于所述第二数量(N2)的三倍减六。
5、 根据权利要求4所述的设备(10)，其中所述第一数量(N,)小于所述第 二数量(N2)的平方，所述激励触点(40)被设置成没有交叉点且位于所述隔室 (20)的一侧，并且所述第一数量(N,)优选大约等于所述第二数量(N2)的二倍 减三。
6、 根据权利要求1或2所述的设备(10)，其中所述第一激励触点和/或 第二激励触点(40a、 40b)包括用于选择性激励所述一个隔室(20a)的选择元件 (51、 52、 53)。
7、 根据权利要求6所述的设备(IO)，其中所述选择元件(51、 52、 53) 是电阻元件(51)，并且通过施加作为所述激励信号(45)的不同电压来选择 不同的隔室(20a、 20b)。
8、 根据权利要求7所述的设备(10)，其中所述电阻元件(51)是非线性元 件，优选是二极管。
9、 根据权利要求6所述的设备(IO)，其中所述选择元件(51、 52、 53) 是电容性元件(52)或电感性元件(53)，并且通过施加作为所述激励信号(45) 的不同频率来选择不同的隔室(20a、 20b)。
10、 根据权利要求2所述的设备(10)，其中所述激励触点(40)在所述基 板(ll)中或所述基板(ll)上形成网状结构。
11、 根据权利要求l或2所述的设备(10)，其中所述释放机构(30)是一 次性释放机构(30)。
12、 根据权利要求1或2所述的设备(IO)，其中所述释放机构(30)是封 闭盖。
13、 根据权利要求1或2所述的设备，其中通过加热所述释放机构(30) 来激活所述释放机构(30)。
14、 根据权利要求1或2所述的设备(10)，其中所述第一数量(N,)至少 是10，优选至少是100，更优选地至少是1000，还更优选地至少是10000。
15、 根据权利要求1或2所述的设备(10)，其中将所述第一数量(NO的 隔室(20)中的一个隔室(20a)的所述释放机构(30)设置成能够承受所施加的 第一功率水平(61)，且不释放所述物质，并且将所述释放机构(30)设置成 在超过施加于所述释放机构(30)的第二功率水平(62)时释放所述物质。
16、 根据权利要求15所述的设备(10)，其中所述第一功率水平(61)大约 是所述第二功率水平(62)的一半，或者其中所述第一功率水平(61)大于所述 第二功率水平(62)的一半。
17、 一种使用设备(10)来可控地释放至少一个隔室(20)中的预定量物质 的方法，所述设备(10)包括位于基板(11)中的第一数量(N,)的隔室(20)，每个 隔室(20)由至少一个释放机构(30)封闭，并且所述设备(10)进一步包括第二 数量(N2)的激励触点(40)，其中所述第一数量(N,)大于所述第二数量(N2)，每 个所述激励触点(40)包括位于所述基板(11)中或所述基板(11)上的至少一个 导体路径(42),用于电连接至少一个隔室(20a)，并且所述激励触点(40)在所 述基板(ll)中或所述基板(ll)上形成网状结构，所述方法包括步骤-在所述第二数量(N2)的激励触点(40)中的至少第一激励触点(40a)与第 二激励触点(40b)之间施加激励信号(45)，从而释放所述第一数量(NO的隔室 (20)中的一个隔室(20a)中的所述物质。
18、 一种使用设备(10)来可控地释放至少一个隔室(20)中的预定量物质 的方法，所述设备(10)包括位于基板(ll)中的第一数量(Ni)的隔室(20)，每个 隔室(20)由至少一个释放机构(30)封闭，并且所述设备(10)进一步包括第二 数量(N2)的激励触点(40)，其中所述第一数量(N,)大于所述第二数量(N2)，每个所述激励触点(40)包括位于所述基板(11)中或所述基板(11)上的至少一个 导体路径(42)，用于电连接至少一个隔室(20a)，并且取决于第一激励触点 (40a)与第二激励触点(40b)之间的激励信号(45)，激励所述一个隔室(20a)， 所述方法包括步骤-在所述第二数量(N2)的激励触点(40)中的至少第一激励触点(40a)与第 二激励触点(40b)之间施加激励信号(45)，从而释放所述第一数量(N,)的隔室 (20)中的一个隔室(20a)中的所述物质。
19、根据权利要求18所述的方法，其中根据要被激励的所述隔室(20a)， 改变所述激励信号(45)的电压和/或频率。
全文摘要
本发明提供了一种用于可控地释放预定量物质的设备和一种用于可控地释放隔室(20)中的预定量物质的方法。该设备包括位于基板(11)中的第一数量的隔室，每个隔室由至少一个释放机构(30)封闭。该设备进一步包括第二数量的激励触点(40)，用于通过在第二数量的激励触点中的至少第一激励触点与第二激励触点之间施加激励信号，来释放第一数量的隔室中的一个隔室中的物质，其中第一数量大于第二数量，每个激励触点包括位于基板中或基板上的至少一个导体路径，用于电连接至少一个隔室，并且激励触点在基板中或基板上形成网状结构。
文档编号H01L27/10GK101438410SQ200780016123
公开日2009年5月20日 申请日期2007年4月24日 优先权日2006年5月5日
发明者F·P·M·布德泽拉, M·T·约翰逊, M·W·G·蓬吉, R·库尔特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司