形成用于生物医疗装置的包括层合物和沉积的分隔物的生物相容性通电元件的方法
【专利说明】形成用于生物医疗装置的包括层合物和沉积的分隔物的生 物相容性通电元件的方法
[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日提交的名称为"METHODSANDAPPARATUSTO FORMBIOCOMPATIBLEE肥RGIZATIONELEMENTSFORBIOMEDICALDEVICES"的美国临时专利 申请62/040178的权益。所述专利申请的内容是可信的并且据此W引用方式并入。
【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、监测和/或测试生物功能的电子药丸、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，该通电装置与运些装置的尺寸和形状要求W及新的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 也应优选地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较小的尺寸为各 种功能的实现产生了新的且具有挑战性的环境。在许多实例中，重要的是提供安全、可靠、 紧凑和高性价比装置来为生物相容性装置内的半导体部件供电。因此，存在对形成可植入 生物相容性装置内或其上的生物相容性通电元件的新实例的需要，其中电池元件结构为通 电元件的化学组分提供了增强的容纳度，并能更好地控制容纳在通电元件中的化学组分的 量。
【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 存在于电池元件中的通电元件数量进行内部控制。
[0009] -个整体方面包括形成生物相容性通电元件的方法，所述方法包括接收第一绝缘 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形成阴极隔离层，其中所 述腔的边缘限定所述腔的侧壁；所述方法包括接收阳极膜W及将阴极隔离层的第一表面粘 附到阴极膜的第一表面。所述方法还包括通过阴极隔离层的腔将分隔物沉积到所述生物相 容性通电元件中。此外，所述方法包括接收阴极浆料并将所述阴极浆料放置到阴极隔离层 的腔中。在一些实例中，阴极隔离层中的所述腔的侧壁与所沉积的分隔物的表面形成容纳 所述阴极浆料的有界的腔。
[0010] 具体实施可包括一个或多个附加特征结构。该方法可另外包括接收阴极接触膜并 且将阴极隔离层的第二表面粘附到阴极接触膜的第一表面的至少一部分。该方法还可包括 接收第一封装膜并且将第一封装膜粘附到阴极接触膜的第二表面的至少一部分，所述第一 封装膜包括其中一层是金属防潮层的膜叠堆。在一些实例中，该方法包括接收第二封装膜 并且将第二封装膜粘附到阳极膜的第二表面的至少一部分，所述第二封装膜包括其中一膜 层是金属防潮层的膜叠堆。该方法可另外包括将生物相容性通电元件粘附到生物医疗装置 的一部分，其中阴极浆料至少部分地由阴极隔离层中的腔侧壁、第一封装膜W及第二封装 膜容纳。
[0011] 在一些实例中，该方法可包括如下步骤：将生物相容性通电元件添加至生物医疗 装置的插入件，并将生物相容性通电元件密封在插入件内，其中阴极浆料至少部分地由插 入件和阴极隔离层中的腔的侧壁容纳。该方法的特征还在于所述生物医疗装置为接触镜 片。
[0012] 在一些实例中，该方法可另外包括将电解质制剂添加到分隔物上。在运些实例的 一些中，该方法可另外包括在放置阴极浆料之前将电解质制剂添加到分隔物上的方法。
[0013] 在一些实例中，该方法的特征可在于阴极浆料中包含二氧化儘。该方法可包括该 二氧化儘包括电解二氧化儘的实例。在一些实例中，该方法可另外包括处理阴极浆料W移 除大颗粒。当该处理包括移除大粒子时，其粒度可小于约70微米。在一些实例中，大部分 粒子的粒度可小于约25微米。移除大颗粒的处理方式可包括球磨。在一些其他实例中，移 除大颗粒的方法包括喷射研磨。
[0014] 所述方法可包括第一基底膜是聚对苯二甲酸乙二醋（PET)的实例。
[0015] 在一些实例中，在第一基底膜中切出腔的方法采用激光。
[0016] 该方法可包括其中粘附包括激活压敏粘合剂的实例。
[0017] 在一些实例中，该方法包括在阴极隔离层内切出多个腔，其中可另外将分隔物沉 积到多个腔中的至少两个腔中。
[0018] 该方法可包括在将阳极的第一表面粘附到阴极隔离层的第一表面之前，在阳极膜 上电锻一锋层，其中该电锻锋层的表面随后成为该阳极膜的第一表面。
[0019] 在一些实例中，该方法另外包括使生物相容性通电元件与电子电路电接触，并且 使电子电路与生物医疗装置的电活性元件电接触。
[0020] 在一些实例中，该方法还可包括使该装置弯曲，该装置包括通电元件、电子电路及 其与生物医疗装置的电活性元件的连接部。所述弯曲可通过W物理的方式和W电的方式接 合装置的两端来形成锥形件，所述装置包括通电元件、电子电路及其与生物医疗装置的电 活性元件的连接部。
[0021] 一个整体方面包括形成生物相容性通电元件的方法，该方法包括：接收第一绝缘 材料的第一基底膜；在第一基底膜中切出腔W形成阴极隔离层，其中腔的边缘限定腔的侧 壁；接收阳极膜；将分隔物沉积到阳极膜的第一表面上；将阴极隔离层的第一表面粘附到 沉积的分隔物的第一表面；接收阴极浆料；W及将阴极浆料放置到阴极隔离层的腔中，其 中阴极隔离层中腔的侧壁和沉积的分隔物的第一表面容纳阴极浆料。
【附图说明】
[0022] W下是附图所示的本发明优选实施例的更为具体的说明，通过运些说明，本发明 的上述及其他特征和优点将显而易见。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 图3A示出了具有示例性阳极和阴极连接部的第一独立式封装的生物相容性通电 元件。
[0026] 图3B示出了具有示例性阳极和阴极连接部的第二独立式封装的生物相容性通电 元件。
[0027] 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。
[002引图5示出了示例性的完全成形的生物相容性通电元件。
[0029] 图6A至图6F示出了生物相容性通电元件结构形成的示例性方法步骤。
[0030] 图7A至图7F示出了采用另选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。
[0031] 图8A至图細示出了形成具有水凝胶分隔物的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。
[0032] 图9A至图9C示出了利用另选分隔物处理实例的生物相容性通电元件结构形成的 示例性方法步骤。
【具体实施方式】
[0033] 在本申请中公开了形成=维（3D)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W新颖的方式形成，并且可包括新型材料。在下述部分中，给出了各种实 例的详细描述。文中描述的实例仅为示例性实施例，各种修改和更改对于本领域的技术人 员而言可为显而易见的。因此，实例不限制本申请的范围。=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。
[0034] 术语
[0035] 在下文的说明和权利要求书中，可能会用到多种术语，它们将采用W下定义：
[0036] 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。
[0037] 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、集流体等。
[0038] 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产生毒性或有害作用。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 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。
[0043] 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设及 能够执行电动作的能力。
[0044] 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W为固态电池或湿电池。
[0045] 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。
[0046] 如本文所用的"膜"是指可用作覆盖物或涂层的材料薄层；在层合结构中该膜通常 近似于具有顶部表面、底部表面及主体的平面层；其中主体通常比该平面层薄得多。
[0047] 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。
[0048] 如本文所用的"模具"是指可W用于通过未固化的制剂形成=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，所述两个模具部件彼此相对时限定=维物 体的结构。
[0049] 如本文所用的"功率"是指每单位时间内做的功或传递的能量。
[0050] 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。
[0051] 如本文所用的"再通电"或"再充电"是指恢复到具有更大做功本领的状态。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。
[0052] 如本文所用的并有时称为"从模具释放"的"释放"意指S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。
[0053] 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。在一些实施例中，涂层不论是用于粘附还是 用于其他功能均可留在通过该涂层彼此接触的两层之间。
[0054] 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W为铜、金或印刷膜。 一种特殊类型的"迹线"为集流体。集流体是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流出阴极。
[00巧]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。一类特定的通电元件可为在层中制造的电池。层也可归类为 层合物层。W运种方式形成的电池可归类为层状电池。
[0056] 根据本发明，可能还有关于如何组装和配置电池的其他实例，其中一些会在W下 部分中描述。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。
[0057] 具有牛物巧容忡通由元件的示例忡牛物民疗装晉构推
[005引可包括本发明的通电元件、电池的生物医疗装置的实例可W是电活性调焦接触镜 片。参见图1A，此类接触镜片插入件的实例可被描述为接触镜片插入件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W响应于控制电压而适应聚焦特性变 化。用于提供那些控制电压信号W及提供其他功能诸如根据外部控制信号控制环境感测的 电路105可由生物相容性电池元件110供电。如图IA所示，电池元件110可作为多个主要 部件，在此例中是=个部件，并可包括各种电池化学元件构造，如所讨论的一样。电池元件 110可具有各种互连特征结构，如所描述，W用于在互连区域114下方将部件接合在一起。 可将电池元件连接至电路元件，该电路元件可具有自身的基底111，互连特征结构125可位 于该基底上。可为集成电路形式的电路105可W电的方式和物理的方式连接至基底111及 其互连特征结构125。
[0059] 参见图1B，接触镜片150的剖面浮雕（cross sectional relief)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可被包封到接触镜片水凝胶155的裙 边中，该裙边可W包封插入件并为用户的眼睛提供与接触镜片150的舒适接触面。
[0060] 参考本发明的概念，电池元件可W二维（2D)形式形成，如图IC的另一个实例中所 描述。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。在图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中的实例中该电路元件可包括两个主要电路区域167。该电路元件可在电触点 161和物理触点162处连接至电池元件。如本发明所描述的，该扁平结构可弯曲成=维锥形 结构。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，可找到该S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， 其