具有模块化微流体通道的流量传感器及其制造方法
【专利说明】具有模块化微流体通道的流量传感器及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2013年4月22日提交的美国申请N0.61/814，645和在2013年11月I日提交的美国申请N0.61/898，681的优先权和权益，其全部内容通过引用包含在本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及微流体通道及其制造方法，更特别地，涉及适合于例如小型可植入药物传送设备的微流体设备的通道。
【背景技术】
[0004]对越来越小的栗送设备的需求不断增长，特别是在医疗领域。结果，对于越来越小的操作栗组件(例如具有集成的流量传感器的套管)的需求也在增长，这对传统制造工艺的局限性提出了挑战。
[0005]药物配给的监测和控制在任何情况下都是很关键的。在植入式药物栗中尤为关键，而内科医生通常不能密切监测植入式药物栗。因此，栗必须包含足够的自主保障措施以确保正确的给药以及对栗的状况和性能的监测。此外，药物容器可能是尺寸受限的并且其中的容纳物必须被监测以确保及时的再填充或替换。
[0006]传统的流量传感器的材料选择和结构配置不能很容易地被部署在足够小的印迹处并同时在植入的许多年精确地测量低流速、维持小型可植入设备内的稳定的功能。因此，需要一种可靠的、生物相容的并且可容易制造的执行微尺度检查阀和用于它们的可再生生产的方法。
【发明内容】
[0007]在多个实施例中，本发明包括具有微流体通道的流量传感器，用于测量例如植入式药物栗所分配的药物的体积流速。传感器可以驱动调节分配的闭环反馈。实时测量体积流速使得能够调节药物栗送功率以保持恒定体积流速，以及当已经配给了合适的剂量时终止药物的栗送。根据本文的流量传感器精确地测量小于100yL/min的流速。在一些实施例中，流速被精确地测量为低于20yL/min。在其他实施例中，流速被精确地测量为低于2yL/min。这些低的和超低的精确度在许多可植入式药物传送设备中是必需的，可植入式药物传送设备通常包含在过多或不足的传送情况下能够产生不良反应的较高浓度的制剂和高效药物。
[0008]因为流量传感器能够用作植入式药物栗的组件，所以它被配置为当暴露至水和人体的高温和盐分时稳定地操作较长的时间(例如10年)。这些情况对典型的电子和微电子机械系统(MEMS)组件有腐蚀和降解作用。本发明的实施例表明了处理严酷的植入情况的材料选择和制造方法。例如，熔融石英由于其高纯度、高强度和低热导率而成为合适的基体材料。非晶碳化硅由于其高热导率、高强度、耐久性和化学惰性而成为好的电介质材料。
[0009]在多个实施例中，本发明提供了用于植入式药物传送栗的多功能模块化微流体传感器通道。可以容纳在通道的补充囊袋中的套管本身可以包括一个或多个集成功能组件，例如，流量传感器、压力传感器、检查阀、过滤器等。微流体通道的模块化性质允许它们方便地合并入其他微流体通道并且允许必要的冗余。
[0010]本发明的实施例描绘了用于从容器引导液体的模块化微流体通道和用于监测与流过套管的液体有关的参数(例如流速或压力)的传感器。传感器可以经由连接至插入微流体通道的金属线的接触片而电连接至控制电路。微流体通道一般包括由诸如例如玻璃、熔融石英、聚对二甲苯和/或硅树脂的一种或多种材料构成的热绝缘基体。
[0011]因此，在一个方面，本发明涉及微流体流量通道。在多个实施例中，流量通道包括电和热绝缘基体;在基体上的电路组件，其包括至少一个传感器元件、电连接至传感器元件的至少两个电阻元件和分别电连接至电阻元件中之一的至少两个接触片，其中传感器元件布置在基体的通道区域内；布置在电路组件上的电介质层；以及布置在基体上的限定如下的至少一层:(i)基体的通道区域之上的井，(ii)在通道区域上方的至少两个开孔，以及(iii) 一对分别被配置为将流体导管容纳在其中的容纳囊袋。容纳囊袋分别被配置为将流体导管容纳在其中，并且与通道区域流体地连通，但是容纳囊袋彼此之间并非直接流体地连通。
[0012]在一些实施例中，通过如下部件限定井:(i)第一聚对二甲苯层，其具有穿过其中的开口，该开口与通道区域共同延伸并且限定通道区域的垂直尺寸，和(ii)与第一聚对二甲苯层接触的第二聚对二甲苯层，其中，第二聚对二甲苯层包含开孔。所述容纳囊袋例如可以在与第二聚对二甲苯层接触的覆盖物中形成。在其他实施例中，井、开孔和囊袋在包含单独一块硅树脂的覆盖物内形成。在一个特别的实施例中，覆盖物是聚对二甲苯，电介质层是非晶碳化硅，而基体是熔融石英。在另一特别的实施例中，覆盖物是硅树脂，电介质层是非晶碳化硅，而基体是熔融石英。在一种典型配置中，电介质层的厚度在大约ΙΟμπι到大约100μm的范围内，以及开口的最长的维度在50μηι到Imm的范围内。
[0013]典型地，接触片与通道区域流体地隔离。一个或多个传感器元件可以是热流量传感器。可替代地或者另外地，一个或多个传感器元件可以是渡越时间传感器。在一些实施例中，流量通道包括多个在通道区域内的隔开的柱以俘获碎片。
[0014]在另一方面，本发明涉及制作微流体传感器的方法。在多个实施例中，所述方法包括如下步骤:提供电和热绝缘基体;将电路组件施加于基体，所述电路组件包括至少一个传感器元件、电连接至传感器元件的至少两个电阻元件和分别电连接至所述电阻元件中之一的至少两个接触片；以及在基体上制作包括如下的结构:(i)流体通道，其在至少一个电阻元件之上但是与至少两个接触片流体地隔离，以及(ii)覆盖物，其包含一对分别与通道流体地连通但是彼此不直接流体地连通的容纳囊袋。
[0015]在一些实施例中，所述方法还包括将进口管和出口管插入容纳囊袋中的步骤。在所述结构由硅树脂构成的实施例中，所述方法还包括使用硅树脂密封管插入的流体通道的端部的步骤。在所述结构由聚对二甲苯构成的实施例中，所述方法还可以包括使用多个机械锚杆将所述结构的至少一部分锚定至基体的步骤。例如，制作步骤可以包括(i)在电介层下方的基体中刻蚀井，以及(ii)当施加中间层时使得井被填充，从而将中间层锚定至基体。可以使用粘合剂将覆盖物附接至中间层，并且所述容纳囊体包含形成俘获杂散粘合剂的捕获井的延伸部分。
[0016]所述结构可以包含其中具有限定通道的开口的聚合物层、以及在所述聚合物层和所述覆盖物之间的中间层。中间层可以包括在每个容纳囊袋中的至少一个开口，该开口允许囊袋和流体通道之间的流体连通。所述开口可以通过中间层或者在囊袋和囊袋之间的凹进部之间，其中，所述凹进部形成通道的壁(即，垂直维度)和顶。在一些实施例中，所述方法还包括将多个过滤器柱增加到通道内的步骤。
[0017]在一些实施例中，使用电化学工艺筛选缺陷。
[0018]如本文所使用的，术语“大致”或“大约”意指±10%(例如按重量或按体积)，以及在一些实施例中意指±5%。术语“主要包括”意指不包括对功能有贡献的其他材料，除非在本文中另有限定。尽管如此，这种其他材料可以共同地或单独地微量存在。
[0019]该说明书中通篇使用的“一个示例”、“示例”、“一个实施例”、或“实施例”意指结合该示例所描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的技术的至少一个示例中。因此，在整个说明书中多个位置出现的术语“在一个示例中”、“在示例中”、“在一个实施例中”、或“在实施例中”不必全部指相同的示例。此外，在技术的一个或多个示例中，可以以任意合适的方式将特定特征、结构、程序或特性组合。本文的标题仅仅为了方便并且不意于限制或解释要求保护的技术的范围或含义。
【附图说明】
[0020]通过本发明的如下详细说明，特别地结合附图，将更容易理解前述内容，其中:
[0021]图1A、IB和IC分别是根据一个实施例的基本流量传感器结构的部分分解视图、立体视图和平面视图；
[0022]图1D是流量传感器的实施例的立体视图，该流量传感器可以例如由碳化硅基体和由例如硅树脂的材料形成的囊袋制作；
[0023]图2A-2D示意性地示出适合用于本发明的实施例中的流量传感器
[0024]图3是图1A和IB所示的实施例中的流体路径的特写