将与镜片插入件一起结合到生物相容性装置中。
[0061] 分段式由術方案
[0062] 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W是小矩形形状273、较大矩形形状274、或者甚至更大的矩形形状275。
[0063] 扁平由術元件的定制形状
[0064] 在生物相容性电池的一些实例中，电池可W成形为扁平元件。参见图3A，描述了具 有阳极连接部311和阴极连接部312的电池元件的矩形轮廓310的实例。参见图3B，描述 了具有阳极连接部331和阴极连接部332的电池元件的圆形轮廓330的实例。
[0065] 在一些扁平形式电池的实例中，可将电池形式的轮廓配置成在尺寸和几何形状上 与定制产品贴合。除矩形或圆形轮廓的实例外，还可形成定制的"自由形式"或者"自由形 状"轮廓，运可W最优化电池构型W装配在给定的产品内。
[0066] 在可变光学件的示例性生物医疗装置实例中，扁平轮廓的"自由形式"实例可为弧 形形式。自由形式可具有W下几何形状，即当它形成=维形状时，可采用装配在接触镜片的 限制范围内的锥形、环形裙边的形式。显然，在医疗装置具有限制性2D或3D形状要求的情 况下，可W形成类似的有利几何形状。
[0067] 由術的牛物巧容忡方而
[0068] 作为一个实例，根据本发明的电池可具有设及安全性和生物相容性的重要方面。 在一些实例中，用于生物医疗装置的电池应优选满足并优于典型应用场景的要求。在一些 实例中，可能在设计方面应考虑到与应力事件相关。例如，可能需要考虑用户在插入或取出 镜片过程中打碎镜片时电子接触镜片的安全性。又如，可能在设计方面应考虑到用户眼睛 被异物袭击的可能性。可在开发设计参数与约束条件时考虑到的应力条件的其他实例可设 及，在非限制性实例中，用户在具有挑战性的环境如水下环境或高海拔环境中佩戴镜片的 可能性。
[0069] 形成装置的材料、生产装置用到的材料数量W及用于将装置与其在身体上或体内 的周围环境隔离的封装件都会影响此类装置的安全性。在一个实例中，起搏器可为一种典 型类型的生物医疗装置，其可包括电池并且可被植入用户体内较长时间。因此，在一些实例 中，此类起搏器可通常用焊接、密封的铁外壳进行封装，或在其他实例中，多个包封层。新兴 的动力生物医疗装置可为封装，特别是电池封装，带来新的挑战。运些新型装置可比现有的 生物医疗装置小得多，例如，电子接触镜片或药丸摄影机可显著小于起搏器。在此类实例 中，可用于封装的体积和面积可大大减小。
[0070] 微由術的由气要求
[0071] 设计考虑的另一个领域可设及装置对电池装置的电气要求。为了能用作医疗装置 的电源，合适的电池可能需要在不连接或没有外部电源供电模式下操作时满足系统全部的 电气要求。新兴的不连接或没有外部电源供电的生物医疗装置领域可包括例如视力矫正接 触镜片、健康监测设备、药丸摄影机W及一些新型装置。集成电路（IC)技术的最近进展可 允许医疗装置在极低的电流水平进行有意义的电气操作，例如，待机电流仅为皮安级并且 工作电流仅为微安级。IC的进展也允许非常小的装置。
[0072] 用于生物医疗应用的微电池可能需要满足许多同步的、挑战性的需求。例如，可能 需要微电池具有将合适的工作电压递送至相结合的电路的能力。工作电压可受到多个因 素的影响，包括：IC工艺"节点"、从电路到其他装置的输出电压、化及具体的电流消耗目标 (运还可与所需的装置寿命相关）。
[0073] 至于IC工艺，其节点通常可通过晶体管的最小特征尺寸进行区分，诸如其"所谓 的"晶体管通道。该物理特征结构W及IC制造的其他参数诸如栅极氧化层厚度可与针对在 给定工艺节点中制造的场效应晶体管（FET)的开启电压或阔值电压所得的评级标准相关 联。例如，在最小特征尺寸为0. 5微米的节点中，场效应晶体管开启电压通常为5. 0V。然而 在最小特征尺寸为90nm的节点中，场效应晶体管开启电压可为1. 2V、1. 8V和2. 5V。IC铸 造厂可提供数字区块的标准单元，例如，已经过表征并额定用于特定的电压范围内的逆变 器和触发器。设计者选择IC工艺节点主要基于几个因素，包括数字装置的密度、模拟/数 字混合信号装置、泄漏电流、布线层、特殊装置诸如高压场效应晶体管的可用性。考虑到可 用微电池供电的电气部件的运些参数方面，特别是就可用电压和电流来说，微电池电源与 选定的工艺节点及IC设计的要求相匹配是非常重要的。
[0074]在一些实例中，由微电池供电的电路可连接至其他装置。在非限制性实例中，由 微电池供电的电路可连接至致动器或换能器。取决于具体应用，运些可包括发光二极管 (LED)、传感器、微电子机械系统（MEM巧累或许多其他此类装置。在一些实例中，此类被连 接装置可能需要比一般IC工艺节点更高的工作电压条件，例如，变焦镜片可需要35V来启 动。因此，当设计此类系统时，电池提供的工作电压是关键的考虑因素。在此类考虑因素的 一些实例中，镜片驱动器从IV的电池产生35V电压的效率可明显低于其从2V的电池产生 35V电压的效率。还考虑到微电池的操作参数，另外的要求例如忍片尺寸可能明显不同。
[00巧]通常可用开路电压、负载电压和截止电压来评定单个电池单元。开路电压是电池 单元具有无限大的负载电阻时产生的电势。负载电压是当合适的、通常还是指定的负载阻 抗跨电池末端放置时电池所产生的电势。截止电压通常是电池的大部分已放电时的电压。 截止电压可表示电压或放电程度，低于该电压或放电程度时电池应停止放电W避免有害影 响，诸如过度放气。截止电压不仅受电池本身的影响，通常也会受电池所连接电路的影响， 例如电子电路的最低工作电压。在一个实例中，碱性电池的开路电压可为1. 6V，负载电压可 在1. OV至1. 5V的范围内，并且截止电压可为1. 0V。给定微电池单元设计的电压可取决于 采用的电池化学物质的其他因素。因此，不同的电池化学物质可具有不同的电池电压。
[0076] 可将电池串联来增加电压值；然而，该组合应从尺寸、内电阻W及电池复杂性进行 权衡。也可将电池W并联构型组合W减小电阻，增大其容量，然而，此类组合应从尺寸、储存 寿命进行权衡。
[0077] 电池容量可为电池递送电流，或做功一段时间的能力。电池容量可通常W单位诸 如微安-小时表示。可递送1微安电流持续1小时的电池具有1微安-小时的容量。通常 可W通过增加电池装置内的反应物的质量（因而增大体积）来增加容量；然而应该认识到， 生物医疗装置可显著限制可用体积。电池容量也可受电极和电解质材料影响。
[007引根据电池所连接的电路的要求，电池可需要提供一定范围值的源电流。在启动使 用之前的储存过程期间，大约皮安至纳安级的泄漏电流可能流过电路、互连器及绝缘体。在 启动操作期间，电路可消耗流到样品传感器、运行计时器的静态电流，并执行此类低电耗功 能。静态电流消耗可为大约纳安至毫安级。电路还可具有甚至更高的峰值电流需求，例如 当写入闪存存储器或通过射频（R巧通信时。该峰值电流可扩大至几十毫安或更大。微电 池装置的电阻和阻抗也是设计考虑的重要因素。
[0079] 储存寿命通常是指电池在存放时能够持续带电并仍维持若干可用操作参数的时 长。由于下述几个原因，储存寿命对于生物医疗装置可尤为重要。电子装置可取代非动力装 置，例如电子接触镜片的引入。由于消费者、供应链、和其他要求，运些现有市场空间中的产 品可已建立了储存寿命要求，例如=年。通常情况下，期望的是新产品不改变此类规格。也 可根据包括微电池的生物装置的配送方法、库存方法和使用方法来设定储存寿命要求。因 此，用于生物医疗装置的微电池可具有特定的储存寿命要求，例如储存寿命可W年数来测 量。
[0080] 在一些实例中，=维生物相容性通电元件可再充电。例如，还可W在=维表面上制 作感应线圈。然后感应线圈可通过射频（"RF")卡（fob)通电。感应线圈可连接到S维生 物相容性通电元件，W在向感应线圈施加RF时使通电元件再充电。在另一个实例中，还可 W在=维表面上制作光伏，并连接到=维生物相容性通电元件。当暴露于光或光子时，光伏 将产生电子W对通电元件再充电。
[0081] 在一些实例中，电池可W用于为电气系统提供电能。在运些实例中，电池可电连接 至电气系统的电路。电路与电池之间的连接部可归类为互连器。由于若干因素，对于生物 医学微电池，运些互连器可变得越来越具有挑战性。在一些实例中，动力生物医疗装置可非 常小，因此允许的互连器的面积和体积极小。尺寸和面积的限制可影响互连器的电阻与可 靠性。
[0082] 在其他方面，电池可包含可在高溫下沸腾的液体电解质。该限制可直接与使用焊 料互连器的需求相竞争，焊料互连器可例如需要相对较高的溫度，例如250摄氏度来进行 烙融。虽然在一些实例中电池化学物质，包括电解质W及用于形成基于焊料的互连器的热 源，可在空间上相互隔离，但就新兴的生物医疗装置而言，小尺寸可阻碍电解质和焊点通过 间隔足够距离来减少热传导。
[0083] 巧连器
[0084] 互连器可允许电流流至与外部电路连接的电池W及从其流出。此类互连器可与电 池内部和外部的环境交接，并可越过运些环境之间的边界或密封。运些互连器可被视为迹 线，其与外部电路连接，穿过电池密封件，然后连接至电池内部的集流体。同样地，运些互连 器可具有若干要求。在电池外部，互连器可类似于典型的印刷电路迹线。它们可焊接到或 W其他方式连接到其他迹线。在一个实例中，当电池是独立于包括集成电路的电路板的单 独物理元件时，可允许电池互连器连接到外部电路。可通过焊料、导电胶带、导电油墨或导 电环氧树脂、或是其他方式形成此连接。互连器迹线可需要能够存在于电池外部环境中，例 如，在氧气存在的情况下不发生腐蚀。
[0085] 由于互连器穿过电池密封件，互连器与密封件共存并允许密封变得尤为重要。除 了密封件与电池封装件之间需要粘合外，密封件与互连器之间也需要进行粘合。在电池中 存在电解质及其他材料的情况下，可需要保持密封完整性。通常可为金属的互连器可称之 为电池封装中的失效点。电势和/或电流的流动可增加电解质沿着互连器发生"蠕变"的 趋势。因此，互连器可需要进行工程改造W保持密封完整性。
[0086] 在电池内部，互连器可与集流体交接或可实际上形成集流体。就运一点而言，互连 器可需要满足如本文所述的集流体的要求，或可需要形成与此类集流体的电连接。
[0087] -类候选的互连器和集流体是金属锥。此类锥厚度可达25微米或更薄，运使得它 们适合用在极薄的电池中。还可寻求具有低表面粗糖度及低污染的此类锥，运两个因素可 对于电池性能至关重要。锥可包括锋、儀、黄铜、铜、铁、其他金属W及各种合金。
[0088] 由解质
[0089] 电解质是促进电极的化学材料之间发生化学反应的电池组分。典型的电解质可对 电极具有电化学活性，例如，允许发生氧化和还原反应。在一些实例中，运种重要的电化学 活性可给形成生物相容性装置带来挑战。例如，氨氧化钟化OH)可能是碱性电池中的常用 电解质。但是该材料在高浓度下具有高pH，并且可与各种活组织发生不良的相互作用。另 一方面，在一些实例中，可W使用可具有较低电化学活性的电解质；然而，运些材料通常会 导致电性能的降低，诸如电池电压降低及电池电阻增大。另外，期望的是电解质具有相容 性。因此，生物医学微电池的设计和工程改造的一个关键方面可为电解质。期望的是电解 质具有足够活性来满足电气要求，同时在体内或身体上使用时也具有相对安全性。
[0090] 可使用各种测试方案测定电池组分，特别是电解质对活细胞的安全性。运些结果 结合电池封装的测试可实现满足要求的电池系统的工程设计。例如，当开发动力式接触镜 片时，可在人角膜细胞模型上测试电池电解质。运些测试可包括关于电解质浓度、暴露时间 和添加剂的实验。此类测试的结果可指示细胞代谢W及其他生理学方面的信息。测试也可 包括对动物和人进行的体内测试。
[0091] 本发明使用的电解质可包括质量浓度为大约0. 1%至50%，在非限制性实例中可 为大约为25%的氯化锋、乙酸锋、乙酸锭W及氯化锭。具体浓度可取决于电化学活性、电池 性能、储存寿命、密封完整性W及生物相容性。
[0092] 在一些实例中，可在电池系统的组合物中应用几类添加剂。可将添加剂混合到电 解质底料中，W改变电解质的特性。例如，胶凝剂诸如琼脂可减少电解质从封装件的泄漏， 从而增强安全性。也可将抗蚀剂添加到电解质，例如，通过减少锋阳极在电解质中的不良溶 解来延长储存寿命。运些抑制剂可有利或不利地影响电池的安全特性。例如，可添加润湿 剂或表面活性剂，W允许电解质润湿分隔物或将电解质填充至电池封装件中。同样，运些润 湿剂对安全性可为有利的或不利的。添加表面活性剂至电解质可增大电池的电阻抗，所W 应采用实现期望润湿特性或其他特性的表面活性剂的最小浓度。示例性表面活性剂可包括 浓度为 0.01%至 2% 的化;[1:0]1? X-lOCKhiton? QS44W及 Dowfax? 3B2,所有运些均得自 Dow Chemical Company〇
[0093] 还出现了可明显提高生物医学微电池的安全特性的新型电解质。例如，一类固体 电解质可固有地抗泄漏，同时还提供合适的电性能。
[0094] 使用"盐水"电解质的电池通常用作船用储备电池。鱼雷、浮标W及应急灯可使用 此类电池。储备电池是活性材料、电极和电解质在使用前相互隔离的电池。由于运种隔离， 电池的自放电大大减少，并且显著延长了储存寿命。盐水电池可设计为来自多种电极材料， 包括锋、儀、侣、铜、锡、二氧化儘W及氧化银。电解质可W是实际的海水，例如，接触时从海 洋灌入电池的水，或可为一种特制的盐水配方。运类电池可在接触镜片中特别有用。盐水 电解质可具有比传统的电解质诸如氨氧化钟和氯化锋更优异的生物相容性。接触镜片被保 存在"润湿溶液"中，该"润湿溶液"通常是氯化钢、或许还有与其他盐和缓冲剂的混合物。 该溶液已经证明是与锋阳极和二氧化儘阴极结合的电池电解质。其他的电解质和电极组合 也是可行的。使用"盐水"电池的接触镜片可包含基于氯化钢、润湿溶液的电解质，或者甚 至是一种类似于泪液的特制电解质。此类电池可W例如被润湿溶液激活，对眼睛保持一个 开口，并且在暴露于人泪液的情况下继续工作。
[0095] 除了使用更类似于泪液的电解质，或实际上使用泪液作为电解质带来的生物相容 性方面的优势之外或代替运种优势，储备电池还可用于满足接触镜片产品的储存寿命需 求。典型接触镜片的规定储存寿命是3年或者更长。运对于具有小且薄封装件的电池来说 是具有挑战性的要求。接触镜片中使用的储备电池可具有类似于图1和图3中所示电池的 设计，但是可能无法在制造时添加电解质。电解质可W存储在接触镜片内的安飯并连接至 电池，或者围绕电池的盐水可用作电解质。在接触镜片及电池封装件内，可设计阀或端口来 将电解质与电极分开，直到用户激活镜片。在类似于激活巧光棒可通过简单地紧缩接触镜 片的边缘进行激活时，电解质可流入电池并且在电