用于控制释放预定量的物质的设备的制作方法

专利名称：用于控制释放预定量的物质的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制释放预定量的物质的设备。本发明进一歩涉 及用于可控制地从隔室释放预定量的物质的方法。
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 射方法通过肺或吸入方法或者通过从血管支架设备释放药物而给病人输送药物。在诊断学中的例子包括向流体中释放反应来进行DNA或 遗传分析、组合化学、或检测环境样品中的特定分子。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己普遍公知。例如，美国专利 申请US 2004/0034332 Al公开了一种用于控制输送药物的可植入设备，该设备包括带有储蓄器的微芯片，该储蓄器含有用以释放的分子。 该微芯片设备包括基底、在该基底中的至少两个储蓄器以及储蓄器 盖，其中储蓄器含有用以释放的分子，储蓄器盖置于该储蓄器的一部 分上或其中并且处于分子上，从而通过或基于储蓄器盖的分解或破裂 经扩散而可控制地从该设备释放这些分子。单个微芯片的储蓄器中的 每一个可含有可被独立地释放的不同的分子。现有设备的一个缺点是 每一储蓄器直接接触电极，该电极用于通过施加电流电分裂密封层或 盖，并释放药物。现有技术系统的缺点在于将要从其中释放药物的每 一隔室或每一储蓄器都需要有一个外部电连接部。这样严重限制在单 个设备上可以设置的隔室的数量，因为所有电连接部所需要的空间有 局限性
发明内容
因而本发明的目的是提供用于控制释放预定量的物质的设备，该 设备具有数量增多的储蓄器或隔室，而无需为每一将被独立控制的隔 室提供一个外部电连接部。上述目的通过根据本发明的用于控制释放预定量的物质的设备 和方法实现。用于控制释放预定量的物质的设备包括基底中的隔室的 矩阵布置，每一隔室由至少一个释放机构封闭，至少一个第一电极和 至少一个第二电极分配给每一隔室，该设备包括多个选择线和多个信 号线，隔室的数量大于选择线和信号线的总数，每一第一电极或每一 第二电极经由至少一个有源元件被电连接至多个选择线之一和/或多 个信号线之一。根据本发明的设备的优点在于可能基于许多个别药物释放隔室 实现控制物质或药物输送系统，其中隔室的数量非常高，即在100-l，OOO，OOO个隔室的范围内。根据现有技术，隔室的数量因需要通过接线个别地接触每一隔室而受到严重限制。本发明的进一步优点在于对物质或药物的控制输送基于有源矩 阵原理。这与现有技术系统形成对比，在现有技术中每一隔室直接被 连接至电连接部。通过利用有源矩阵，以可控方式从数量达到100-1， 000， 000的量级的大量隔室中的任意一个释放药物是可行的。由于并入这种控制系统所需的费用和空间会有局限性，所以如果每一 隔室将被专用控制设备个别控制，这是不可行的。本发明的进一步的 优点在于，由此诸如外用药物输送系统(胶布)、可植入药物输送系统或口服药物输送系统(e-pill)是可能的。根据本发明的药物输送 系统可以应用于输送单种药物，但有利地应用于从同一阵列或相同的 设备应用的多种不同的药物。用于控制释放预定量的物质的有源矩阵 型设备可经由至少一个有源元件，通过将每一隔室或隔室的至少每一 释放机构或者关联于或分配给隔室的至少两个电极电连接至多个选 择线之一和/或多个信号线之一而得以实现。有源矩阵原理可经由有 源电气或电子元件通过将电极(分配给各隔室的第一或第二电极)中 至少之一连接至选择线和/或信号线而得以实现。这种有源元件尤其包括类似开关晶体管(FET晶体管(场效应晶体管)和/或双极晶体 管)的晶体管。在本发明的优选实施例中，释放机构是一次性释放机构。这意味 着该释放机构通过提供高于阈值的释放信号而以某种方式被"破坏"， 而该释放机构是不可重复使用的。因此，提供节省成本以及易于制造 的释放机构是可能的。然而，本发明还涉及可关闭的释放机构， 一旦 其(第一次)已被打开并进而至少可再次打开第二次。很少选用这种 采用可重新盖紧和重新打开的释放机构的实施例，因为这样通常意味 着较高的成本。高度优选地，根据本发明的释放机构设有封闭盖。该封闭盖是实现释放机构的特定和优选实施例。其它释放机构的例子是如果受热则释放药物的聚合物膜或凝胶(分解载体基质或改变其属性，例如断 开专用化学键)，或者基于施加电势而对于特定分子改变它们的透过 性的薄膜。在本发明的优选实施例中，每一隔室通过多个选择线中的一个特 定选择线和多个信号线中的一个特定信号线定义。因此，用于寻址个 别隔室的矩阵原理得以实现，并因而大大降低连接线的数量。在另一个优选实施例中，隔室的量达到选择线的数量乘以信号线 的数量的量级。因而，进一步减少设备上所需的连接线并从而使设备 更小、重量更轻以及更节省成本是可能的。在另一优选实施例中，选择线的数量与信号线的数量基本相同。 因而，进一步减少具有特定数量的隔室的设备上所需的连接线并从而 使设备更小、重量更轻以及更加节省成本是可能的。在本发明的另一优选实施例中，有源元件包括分配给各隔室的晶 体管。在本发明的可替换的优选实施例中，有源元件包括第一晶体管 和第二晶体管。在本发明的设备中使用一个或多个晶体管作为有源元件的优点在于可能使本发明的设备节省成本并且还相对小，因为可在 例如玻璃基底的很小的表面积上实现晶体管。根据本发明，与直接将 第一和第二电极中的一个或两个都连接至选择线和/或信号线相比， 使用有源元件，尤其一个或多个晶体管，在选择隔室方面有增强的确
定性。使用一个晶体管作为有源元件目的在于相对减小隔室所需的大 小(例如，所需的表面积)。使用至少第一和第二晶体管的目的在于 增强驱动隔室的功能性(例如，电流和/或电压控制药物释放)，或者 在于增强该设备的功能性(例如，包括如记忆是否己经发生过药物释 放的各个隔室处的其它功能)。根据本发明更优选使用薄膜晶体管作为该设备的各隔室的有源 元件的一个或多个晶体管。这样使该设备更有成本效益并且可能使用 更轻的材料。在本发明的另一实施例中，有源元件包括分配给各隔室的二极 管。使用一个或多个二极管作为本发明的设备中的有源元件的优点在 于可能使本发明的设备更加有成本效益并且相对更小，因为与用基于 晶体管的技术相比，可以用更有成本效益的技术在例如玻璃基底的很 小的表面积上实现二极管。在本发明的另一实施例中，有源元件包括非线性电阻元件，尤其是分配给各隔室的金属-绝缘体-金属(MIM) 二极管。在本发明的设 备中使用一个MIM二极管或多个MIM二极管作为有源元件的优点在于 可以使本发明的设备更加有成本效益并且相对更小，因为与用基于晶 体管的技术相比，可以用更有成本效益的技术在例如玻璃基底的很小 的表面积上实现MIM 二极管。在本发明的另一实施例中，有源元件包括存储装置。这样有利于 提供对本发明的设备的功能性的增强的控制可能性。在本发明的另一优选实施例中，第一组隔室设为容纳第一量的第 一物质，而第二组隔室设为容纳第二量的第二物质。根据本发明的设 备的优点在于可在本发明的设备的结构中实施非常灵活的物质释放 机构。例如，可以提供不同大小的隔室，从而能够容纳不同量的一种 物质或多种物质来释放。例如，如果在指定时刻将释放较大量的物质， 则从而可控制设备，并且打开具有适当大小因而具有适当量的有待释 放的物质的隔室。这样代替从会有同样效果的一定数量的较小隔室释 放相同量的物质。当然，从单个隔室释放适量的一种物质更容易控制， 并因而使根据本发明的设备更小、重量更轻并且更有成本效益。因此，
第一和第二物质可以不同或者相同。提高释放如药物等的物质的灵活 性的另一种方法是在设备上的不同隔室中提供多种不同的物质或不 同的物质混合物，其中不同隔室有相同或不同的大小。由此可以二者 择一地在一天或另一个时段可控制地向病人释放例如两种不同的药 物。或者，还可以例如通过提供不同大小的隔室以及不同大小的隔室 中的不同的物质来进一步提高本发明的设备的使用灵活性。根据本发 明，优选第一量约为第二量的一半。由此还可以具有有着第一容量 或含有第一量的物质的第一组隔室、每个都含有两倍于第一量的第二 组隔室、含有四倍于第一量的第三组以及含有八倍于第一量的第四组 隔室。由此释放一种或多种物质的灵活性得到更进一步的提高。在本发明的优选实施例中，隔室释放机构设为通过在第一 电极和 第二电极之间施加电势而可去除的或可分解的。那么可以非常容易和 迅速地控制从隔室之一释放物质。在另一实施例中，各隔室的第一电极和第二电极设为彼此电绝缘。进一步优选通过电化学反应或通过加热释放机构来激活释放机 构，最好通过电流。该设备可用非常节省成本的方式制造，并且物质 的释放可完成得更快且更精确。本发明的其它实施例设有用于控制释放物质的控制单元。进一步优选隔室的数量为至少100、优选至少1， 000、较优选至少10， 000、 更优选至少100， 000以及最优选至少1， 000， 000个隔室。本发明还包括用于可控制地从隔室释放预定量的物质的方法，其 利用包括基底中的矩阵布置的隔室的设备，每一隔室由至少一个释放 机构封闭，至少一个第一电极和至少一个第二电极分配给每一隔室， 该设备包括多个选择线和多个信号线，隔室的数量大于选择线的数量和信号线的数量之和，该方法包括以下步骤- 通过至少一个有源元件将每一第一电极或每一第二电极电连接 至多个选择线之一和/或多个信号线之一，- 激活有源元件并因此在第一电极和第二电极之间施加电势或电流。 由此可以以非常快且易于控制的方式可控制地释放特定量的物质。在根据本发明的方法的优选实施例中，不止一个隔室同时释放物 质。这可以意味着不止一个隔室被同时打开，那么释放物质或药物的 周期对这些隔室中的每一个都是相同的。或者，还可以顺序打开多个 隔室，使得它们的释放周期(通常比打开特定隔室所需要的时间长得 多)交叠，而可以由不止一个隔室释放物质。由此可以灵活控制物质 的释放。


根据以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它特性、特征 和优点将变得明显，以下描述举例说明了本发明原理。仅出于示例的 目的给出了该描述，并非限制本发明的范围。以下所引用的参考图表 示附图。图1示意性说明了根据现有技术的设备100，示出了这种类型的 设备的基本结构；图2示意性说明了根据本发明的设备；图3示意性说明了根据另一实施例的设备；图4示意性说明了带有有源元件的隔室的实施例；图5到图7示意性说明了带有有源元件的隔室的其它实施例；图8说明了根据本发明的设备中的隔室的四种不同布置。
具体实施方式
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。所描述的附图仅为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"、"该"， 除非特别说明，这包括该名词的复数。而且，说明书和权利要求中的词第一、第二、第三等用于区分相
似元件，而不一定用于描述序列或时间顺序。应该明白所使用的这些 词在适当的情形下是可互换的，并且此处描述的本发明的实施例能够 以此处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词顶部、底部、上方、下方等出于 说明性目的使用，而不一定用于说明相对位置。应该明白所使用的这 些词在适当的情形下是可互换的，并且此处描述的本发明的实施例能 够以此处未描述或举例的其它方位实施。注意到用在本说明书和权利要求中的词"包括"不应该被解释为局限于其后所列出的装置；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。其意味着对于本发明，该设备的仅有的相关部件为A和B。在图1中，示意性示出了根据现有技术的公知设备ioo。该公知设备100包括基底11，其中设置有多个隔室20。隔室20由释放机构 30 (特别是封闭盖30)封闭。由图1可进一步看到，有通向每一隔 室20或至少通向或接近每一释放机构30的电极线。这些连接线在图 1中没有用附图标记标出。该公知设备100还包括电极区域110。在图2中示意性示出了包括多个隔室20的本发明的设备10，其 中仅示出9个隔室20。与现有技术的设备相比，该设备10在基底11 中包括有隔室20。基底11是在其中形成隔室20的结构体，例如， 其含有蚀刻的、机械加工的或模制的隔室20。隔室20 (在下面也称 为储蓄器)是物质的容器。本领域中公知的微机电系统方法、微模制 及微机械加工技术可用以由各种材料制造该基底ll以及隔室20。合 适的基底材料的例子包括玻璃、金属、陶瓷、半导体、可降解及不可 降解聚合物。优选地，该基底是用于例如液晶显示器的有源矩阵产品 的众所周知的基底，即玻璃、塑料膜或金属。对于体外设备应用，通 常优选基底材料的生物相容性。使用前，基底或其部分可以被包覆、 封装、或以其它方式容纳在生物相容材料中。基底11可以是柔性的 或刚性的。在一个实施例中，基底11用作微芯片器件的载体。在一 个例子中，基底11由硅形成。该基底11可具有适于成形表面的各种 形状。例如，其可具有释放面，即具有释放机构的区域，可以是平坦 的或弯曲的。例如基底可以是选自圆盘形、柱形或球形的形状。在一 个实施例中，释放面可以形成为符合弯曲组织表面的形状。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，背面 (释放面的远端)形成为符合附着面的形状。基底可仅由一种材料组 成，或者可以是复合物或多层材料，S卩，由键合到一起的多层相同或 不同的基底材料组成。在本发明的设备10的图2的示意性说明中，本发明的设备10包 括用于每一隔室20的第一电极40和第二电极50。这里第一和第二 电极40、 50不直接电连接，即它们被例如流体这样的电介质基本互 相隔离。这意味着由将第一和第二电极40、 50互相隔离的材料产生 的电阻来自足够高的电阻率，使得对于所施加的电压或电势差，在第 一和第二电极40、 50之间没有实质的电流。本发明的设备10还包括 矩阵布置形式的隔室20。而且，本发明的设备10包括多个选择线60 和多个信号线70。这里，选择线和信号线显示为彼此垂直布置的行 和列，然而，倘若以彼此不同的方向配置选择线和信号线，则诸如在 六角形或三角形栅格上的其它矩阵布置将也是可能的。出于示例性目 的，在图2中明确示出了多个选择线60中的一个特定选择线61。相 应地，在图2中明确示出了多个信号线70中的一个特定信号线71。 图2的特定选择线61和信号线71在图2所示的9个隔室20的矩阵 布置的中间限定隔室20。这意味着通过选择特定的选择线和信号线 61、 71，矩阵布置中的隔室被选择以将其激活。通过通常由附图标记 42表示的有源元件完成相应隔室的激活。在图2所示的本发明的设 备10的例子中，有源元件42包括一个晶体管43。该晶体管例如是 FET晶体管，优选从有源矩阵液晶显示器获知的薄膜晶体管(TFT)， 使其栅极端子连接至特定选择线61而使其源/漏极端子连接至特定 信号线71。优选地，由从制造有源矩阵液晶显示器和其它有源矩阵显示器所 获知的任一种众所周知的有源矩阵技术制造薄膜晶体管。这些技术包 括非晶硅(a-Si)技术、低温多晶硅技术(LTPS)、纳米晶硅技术、 微晶硅技术、CdSe技术、SnO技术、基于聚合物或有机半导体技术等。
在某些情况下，仅仅可用单极晶体管(例如，a-Si仅提供N型晶体 管)，而在其它情况下，可用双极晶体管(例如，LTPS提供n型和p 型晶体管)。如果向特定选择线61施加适当的电压电平，晶体管开关 将导通，并由此将特定信号线71电连接至图2中所示的在隔室的矩 阵布置的中间的隔室20的第一电极40 (连接至晶体管43的漏/源 极端子)。这意味着通过向特定信号线71施加适当的电信号释放机构 30将被去除或活动。当然，选择线和信号线60、 70 (或特定选择线 和信号线61、 71)的功能还可反转，即信号线70连接至晶体管43 的栅极端子，而选择线60连接至晶体管43的源/漏极端子。当然， 如图2所示，每一隔室20配备有一个晶体管43。每一隔室20的第 二电极50连接至另一公共或分组的电导线。为了清楚起见，该另一 电导线未在图2中示出。为了清楚起见，释放机构30未在图2中示出。相反，图2示出 了用于驱动选择线60的第一驱动器65 (也称为选择驱动器65)以及 用于驱动信号线70的第二驱动器75 (也称为中心驱动器75)。在图 2的特定例子中，晶体管43的栅极端子连接至选择驱动器65 (当用于有源矩阵液晶显示器时其可提供为标准移位寄存器栅极驱动器)， 而晶体管43的源极端子连接至中心驱动器75。而且，图2中还示出 了用于控制物质的释放的控制单元80。控制单元80控制第一和第二 驱动器65、 75，以便通过特定选择线和信号线61、 71限定特定隔室 20。控制单元80还控制不同隔室20的连续激活。这意味着控制单元 80例如控制不同隔室的释放机构30的打开，使得例如在治疗期间药 物的浓度保持在最佳的治疗水平。由于对于不同的病人药物的最佳浓 度不同，并且在治疗期间需要药物输送系统非常灵活并提供近似连续 变化的药物剂量。用本发明的设备可以实现这种药物释放系统。优选 地，控制单元80具有用于确定设备10的环境中的药物实际水平的传 感器，或者设备10耦合到这种传感器设备(未示出)，使得来自传感 器设备、发送给控制单元80的用于增加或减少药物释放的信号以导 致本发明的设备的适当反应，即控制单元80激活第一和第二驱动器 65、 75，以便增加或减少隔室20内的物质的释放。 例如，如果药物输送即打开释放机构30是基于电化学反应，该电化学反应破开隔室20的密封或破开隔室20的释放机构30，并且 其中需要大约IV的电压来引发电化学反应，贝ij可以使用用于例如有 源矩阵液晶显示器的标准电压数据驱动器。例如，第一和第二电极中 任意一个设为阴极，而其中另一电极用作阳极。阳极定义为发生氧化 的电极。当应用电流或电势(电化学溶解)时能够溶解到溶液中或形 成可溶离子或氧化物化合物的任何导电材料可用于制造阳极和阴极。 另外，例如，如果阳极附近的局部PH值变化使得这些氧化产物变得 可溶解，可以使用响应电势而正常形成氧化产物的不可溶解离子的材 料。合适的储蓄器盖材料的例子包括诸如铜、金、银、及锌的金属和 某些聚合物。在图2中所示的例子中的本发明的设备10工作如下在闲置状 态，所有的选择线(selectionline)60(也称为选择线(select line) 60)被设置在晶体管43的截止电压。这种情况下没有释放机构30被 打开，因而没有被释放的物质或药物。为了从一个隔室20释放物质 或药物，在含所需隔室的整行隔室20中的晶体管被(通过例如施加 正向电压)转换为导通状态。在置有即将激活的隔室20的列中的电 压被设置在其释放电压(例如1V)。这一电压经过导电薄膜晶体管到 达所选择的隔室20的第一和第二电极之一，导致药物释放。在所有 其它列中的电压被保持在不会释放药物的电压(这通常会为OV)。药 物被释放之后，在所选择的行中的晶体管43重新被设置在截止状态， 防止进一步的药物释放。通过向阵列中的多列施加释放信号(优选电压)而从指定线(或 指定行)中的多个隔室20同时释放药物或一种或多种物质也是可能 的。通过(利用选择驱动器65)触发选择线60中的另一个以及向阵 列中的一或多列选择线70施加释放信号(优选电压)而从不同行中 的隔室20顺序释放药物是可能的。图2中由特定选择线61和特定信 号线71选择的特定隔室20位于在隔室20的矩阵布置的中间。如果 晶体管43导通并且特定信号线被激活，那么所选择的隔室20的第一 和第二电极40、 50之间的电压共达例如IV，因此引发药物释放。在
其它隔室20中的电压被保持在不会释放药物的水平。药物或物质已
被释放之后，选择线60和信号线70再次设置在0V，这还对应于本 发明的设备10闲置的状态，由此节省电能。
在本发明的一个实施例中，还可能通过向阵列中的多行即多个特 定选择线61施加释放信号而从指定行中的多个隔室同时释放药物或 物质。那么不同的隔室20同时被选择为激活，即通过去除释放机构 30或通过分解释放机构30而被打开。因而，也可以通过触发特定选 择线61以及向阵列中的一或多列施加释放信号而从不同列中的隔室 20同时或顺序释放药物。
在本发明的另一实施例中，药物输送机构即用于打开释放机构 30的机构是基于热效应，即加热释放机构30而破开所选择的隔室20 的释放机构30。在该情况下，电极40、 50经由加热元件被电连接， 其中加热元件可以是公知的加热元件中的任意一个，例如电阻加热 器、珀耳帖元件(peltier element)等。
当释放机制，即释放机构30的开启机制，被设置为电化学反应 时，第一或第二电极40、 50可例如被设置为在释放机构30附近的金 层。第一和/或第二电极40、 50中的另一个是例如公共连接的另一个 金属化电极。通过在第一和第二电极40、 50之间施加电压，金层或 金盖用作电化学作用的阳极，并且当被施加足够高的电压时被分解。 当金层或金盖被去除时，那么封闭盖30也被去除，因为封闭盖30基 本上由金盖组成，或者金盖的去除充分削弱由另一种材料制成的封闭 盖30，使得如果金盖被去除则封闭盖30将破开。总之，发生电化学 反应之后，隔室20内的物质或药物被释放并允许扩散。在本发明的 设备的这种实施例中，基底11例如设为硅片的形式，含有被蚀刻到 硅基底中的作为微储蓄器的隔室20。
根据本发明所描述的任意实施例的特征，基底11或芯片可与电 池和微处理器或控制单元一起封装而成为完全独立的。优选地，控制 单元80单片地集成有带具有隔室20的基底11。
隔室20内含物实质包括，需要隔离(例如免遭)隔室20外部环 境、直到当需要释放或暴露时所选择的时间点的任何对象或材料。在
各种实施例中，隔室20内含物包括一定量的分子或特定物质或特定 物质的混合物。诸如催化剂或传感器这样的某些储蓄器内含物的适当
功能通常不需要对隔室内含物的释放。更确切地，当封闭盖30打开 后向隔室20的外部环境暴露储蓄器内含物时，它们的预期功能，例 如催化或检测，才发生。因此，催化剂分子或检测成分可被释放或可 固定保持在打幵的隔室20中。诸如药物分子的其它隔室内含物可通 常需要从隔室释放以便从设备释放并被输送到体内的部位而对病人 发挥疗效。然而，对于某些体外应用，可保留药物分子。隔室20内 含物基本上可包括任何天然的或合成的、有机的或无机的分子或其混 合物。分子可以实质上为任何形式，例如纯固体或液体、凝胶体或水 凝胶、溶液或乳浊液、浆液或悬浮液。感兴趣的分子可以与其它材料 混合以控制或增强打开的隔室20的释放速率和/或时间。在各种实施 例中，分子可以是固体混合物的形式，包括非晶或晶体混合粉末、单 一固体混合物、冻干粉及固体互穿网络。在其它实施例中，分子为液 体形式，例如溶液、乳浊液、胶状悬浮液、浆液或如水凝胶的凝胶混 合物。
在图3中示意性示出了根据另一实施例的本发明的设备10。和 根据图2的实施例的设备10不同，图3的设备10或者(图3的设备 的第--选择)不能向大量信号线70提供(如果需要)不同的(独立 的)信号(例如不同的电压)，或者(图3的设备10的第二选择)图 3的设备10不能向阵列的大量的列的选择线70同时提供(如果需要) 信号。图3所示的设备10的优点在于可使用简单得多的第二驱动器 75。这种较简单的第二驱动器75具有信号分离器的功能。在图3所 示的设备10的实施例中，仅单输出驱动器76被要求产生释放信号(例 如电压)。在图3设备的第一选择中的分离信号电路的功能是向大量 信号线70中的一个或多个发送一个相同的释放信号。在图3的设备 的第二选择中的分离信号电路的功能是仅向大量信号线70中之一发 送释放信号，由此，仅释放那一列中所选择的行中的隔室内的药物或 物质。分离信号电路具有关闭在适当的列处的一个或多个开关77的 功能(图3的第--选择)或者关闭在适当的列处的一个简单开关77
(图3的第二选择)。
在图4中示意性示出了带有有源元件42的隔室20的实施例。为 简单起见，仅示出了一个隔室20以及有源元件42。当然，相应的本 发明的设备10将包括这种类型的矩阵布置的隔室20。有源元件42 包括第一晶体管43和第二晶体管44以及电源电压线46。隔室20又 包括第-- 电极40和第二电极50。设备10包括选择线60和信号线70 以及适当的驱动器65、 75。如果不仅将简单的电压信号用作释放信 号,'而且将例如电流调节释放信的不同的释放信号例如施加到加热元 件，那么图4的实施例尤其是优选的。如果需要释放电流(即，通过 具有精确电流的信号的适当应用确定释放的适当功能)，则可能难以 节省成本地实现产生控制电流的驱动器装置65、 75。而且，由于例 如电泄漏效应，不可能总是从驱动器装置65、 75向隔室电极40、 50 提供所需的电流或恰当的电流而无电流损失。由于两种原因，根据本 发明可以使用设备的有源矩阵布置而使每一隔室的独立释放驱动器 成为有源元件42的一部分，由此能够局部产生释放信号。在图4中， 作为各隔室中的有源元件的一部分的这种局部释放驱动器不仅包括 选择晶体管43 (第一晶体管43)而且包括局部电流源。这个局部电 流源可通过第二晶体管44实现。流过第二晶体管44的电流由栅极端 子(附图标记47)处的电压(也称为Vw定义，即晶体管的跨导(流 过晶体管的电流是乘以(V电源-V棚极-Vt)的平方的常量)。通过经由选 择晶体管(第一晶体管43)的从电压驱动器到第二晶体管44的栅极 端子47的特定电压提供对释放信号的程序化。
在图5中，示意性示出了带有有源元件42的隔室20的其它实施 例，其包括存储元件45或存储装置45。为简单起见，图5左侧示出 了这种具有存储元件45的隔室20的第一实施例，儿图5右侧示出了 这种具有存储元件45的隔室20的第二实施例。当然，也很清楚根据 本发明的优选设备IO包括对于该设备10的所有元件或对于整个有源 矩阵布置都具有这种相同类型的有源元件42的隔室20。在图5中左 侧示出了根据图2的实施例的带有第一晶体管43的有源元件42，其 中仅仅增加了例如电容器形式的存储元件45或存储装置45，该电容
使其第一端子连接至第一电极40和使其第二端子连接至第二电极50。存储元件45或存储装置45考虑到延长驱动信号的时间超出(电) 寻址所选择的隔室20的时间。在该例子中，存储元件45是简单的电 容器，与由隔室电极(第一和第二电极40、 50)形成的电容并联。 当例如另----排(或行)的隔室正被寻址时，这一电容器存储电压并保 持它。在需要电流信号的情况下(例如通过根据图4的实施例实现)， 设置额外的电容器(见图5右手侧)，以便当例如另一排(或行)的 隔室正被寻址时在电流源(第二晶体管44)的栅极端子上存储电压 并保持释放电流。通常，增加存储元件45 (其也可通过另一种阻抗元件，例如电 感，或可替换地诸如反相器、触发器或RAM的基亍晶体管的存储电 路实现)允许较长时段供应释放信号，由此可以更可靠和/或更快地 进行药物释放。根据本发明，其它局部释放驱动器是可能的，例如局部震荡器或 产生脉冲波形等的其它驱动器。在图6中，示意性示出了带有有源元件42的隔室20的其它实施 例，其中根据本发明的有源矩阵设备基于二极管。为简单起见，图6 左侧示出了这种隔室20的第--实施例(单二极管原理)，图6中间示 出了这种隔室20的第二实施例(并联二极管原理)，图6右侧示出了 这种隔室20的第三实施例(串联连接原理)。虽然与使用TFT相比 稍微有点不太灵活，也可以利用技术性要求较少的薄膜二极管技术实 现有源矩阵控制的释放设备。二极管有源矩阵阵列(如已用于例如有 源矩阵LCD)可用几种已知的方法驱动，其中之一是具有复位(D2R) 方法的双二极管，见K.E. Kuijk, Proceedings of the 10th International Display Research Conference (1990, Amsterdam), pi 74，通过弓|用将其 并入此处。图6示出了用于驱动或用于激活有源矩阵阵列的这些二极管实 施例中的一个隔室的电路。在第一实施例(图6左侧)中的二极管矩阵具有每个隔室20两
个二极管D1、 D2， 一个(Dl)用于经信号线70向隔室20传递信号， 一个(D2)用于经公共复位线72从隔室去除信号。闭塞范围(blocking range),即二极管D1、 D2为截止的电压范围由外部电压确定，并因 而可调节。在需要较高工作电压元件的地方这是一个主要优势。可通 过提供串联二极管(见图6右侧的第三实施例二极管D5以及二极 管D6包括两个单体二极管元件)容易地容许较高的电压，因为，这 防止在高反向电压下独立二极管击穿——电压分配在多个二极管上。 图6的三个实施例种的外部接线总数等于行(或选择线60)的数量 加上列(或信号线70)的数量再加上l (复位线72)。该电路完全不 依赖于二极管的特性，并且可选用pin 二极管或肖特基(Schottky) 二极管。通过利用串联(图6右侧)或并联(图6中间)的附加二极 管可以使该电路避免短路或断路故障。例如，如在K.E. Kuijk, Proceedings of the 10th International Display Research Conference (1990, Amsterdam), pi74 (通过引用将其并入此处)中所述的通过使用具有 5伏电压电平的重置方法来驱动行。PIN (或Schottky-IN) 二极管可利用简单的3层工艺形成。非晶 半导体层——p掺杂、本征及n掺杂区域叠层——夹在顶部和底部金 属线之间，它们方向垂直。电特性对排列几乎不敏感。在图7中，示意性示出了带有有源元件42的隔室20的进一步的 实施例，其中根据本发明的有源矩阵设备基于MIM二极管。虽然与 使用TFT相比稍微有点不太灵活，但也可以利用技术性要求较少的 金属-绝缘体-金属(MIM) 二极管技术实现有源矩阵控制的释放设备。传统上，MIM二极管有源矩阵阵列(如用于有源矩阵LCD)具 有类似于无源矩阵的布局。然而，MIM 二极管被引出为与每一隔室 20串联的非线性电阻元件，以供有源矩阵寻址之用。在图6的例子 中的隔室20具有两个电极(第一和第二电极，为简单起见图6中未 示出)。MIM 二极管D7被引出为将信号线70连接至隔室20的非线 性元件。MIM器件(MIM-二极管)D7通过由薄绝缘层隔离两个金 属层而制成(例子是夹在Cr、 Mo金属之间的氢化氮化硅，或者在 Ta金属电极之间的Ta205绝缘体，见例如A. G. Knapp and R.A.Hartman， Proc 14th Int Display Research Conf (]994) p. 14以及S. Aomori et al. SID 01 Digest(2001)p. 558。通过引用将这些公开内容并入此处)，并 且便利地以交错(cross-over)结构实现。MIM将选择线60 (图示) 或信号线(图示)连接至隔室20的或者第--或者第二电极40、 50 (为 简单起见未示出)。两个金属层以及绝缘层都在相同的基底上实现。 在图7中，通过增加提供选择信号的选择线60完成隔室20的连接。在图8中，示意性示出了本发明的设备10内的隔室20的四种不 同布置。在设备10的第一实施例(见图8左上侧)中，所有隔室20 是相同大小并且设置为矩阵布置。隔室20的大小限定含在隔室20中 的物质的第一量。或者所有的隔室20可以容纳相同的物质，或者在 隔室20的第一组(未示出)中放置第一物质，而在隔室20的第二组 (未示出)中放置第二物质。在图8所示的第二例子中(见图8右上侧)示出本发明的设备 10，其中隔室20的第一组21具有预定的大小，允许容纳第一量的物 质。隔室20的第二组22包括比第一组21的隔室20大的隔室20。 因此，第二组22的隔室例如能够容纳两倍于第一量的第二量的物质。 当然也可能是任意其它比例的第一和第二量。第三组23隔室20包括 能够容纳第三量的物质的隔室20。第三量例如两倍于第二量并四倍 于第一量。当然也可按相对第一和第二量的不同比例来提供第三量。 通过从隔室20的第一、第二或第三组21、 22、 23中选择特定的隔室 20，根据本发明可以通过仅仅打开单个隔室20而从隔室20释放较高 或较低的数量或量的物质。这具有以下优点，即尤其对于控制单元 80可以非常容易地并且不费力地控制释放不同量的物质。在图8所示的本发明的设备10的第三例子(见图8左下侧)中， 示出了具有不同组21、 22、 23的隔室20的矩阵布置。在第三例子中 隔室20的布置与第二例子中隔室20 (图8右上侧)的布置可比。在第三例子中矩阵布置的每一行中的隔室大小是相同的，而通过改变不 同列之间的隔室20的大小来实现隔室的不同的组。相反，在第二例 子中(见图8右上侧)每列的隔室大小相同，而不同行的隔室大小不 同。
在根据本发明的设备10中的隔室20的矩阵布置的第四例子中， 定义了隔室20的第一区25，其容纳第一物质，并定义了隔室20的 第二区26，其容纳第二物质。通过给出本发明的设备的隔室20的不同矩阵布置的例子，可以 通过本发明的设备10使得以不同量和/或不同物质剂量给药非常灵 活。通过改变隔室20的大小，从而改变释放的物质的量，可以用较少数量的隔室而更灵活地输送药物。例如通过提供大小在h 2: 4:8: 16等范围中的隔室，以控制方式同时打开一个或多个隔室20提 供大范围剂量给药是可能的。在输送不止一种物质的情况下(见图8 的例4，右下侧)，通常对于不同的药物有不同的剂量给药量。因此 将优选具有隔室的矩阵阵列的不同的段或区25、 26，具有根据将要 输送的药物按比例的更大或更小的隔室20。如在图8 (右下侧)中所 示出的那样，这优选通过均匀增加阵列中选择线60和/或信号线70 之间的间距而实现，因为这样充分利用了可用驱动器65、 75，并降 低了包括在的设备10中的元件的冗余。根据所需设备10的复杂性， 需要存储器或移位寄存器来使所使用的隔室20和仍可用的那些的状 态保持更新。这种存储设备可有利地包括在设备10的控制单元80中。
权利要求
1、用于控制释放预定量的物质的设备(10)，所述设备(10)包括在基底(11)中的隔室(20)的矩阵布置，每一所述隔室(20)由至少一个释放机构(30)封闭，将至少一个第一电极(40)和至少一个第二电极(50)分配给每一所述隔室(20)，所述设备(10)包括多个选择线(60)和多个信号线(70)，所述隔室(20)的数量大于所述选择线(60)的数量和所述信号线(70)的数量之和，将每一所述第一电极(40)或每一所述第二电极(50)经由至少一个有源元件(42)电连接至所述多个选择线(60)之一和/或所述多个信号线(70)之一。
2、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述释放机构(30) 是一次性释放机构(30)。
3、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述释放机构(30) 是封闭盖。
4、 根据权利要求l所述的设备(10)，其中，通过所述多个选择 线(60)中的一个特定选择线(61)和所述多个信号线(70)中的一 个特定信号线(71)限定每一所述隔室(20)。
5、 根据权利要求l所述的设备(10)，其中，所述隔室(20)的 数量处在所述选择线(60)的数量乘以所述信号线(70)的数量的数 量级。
6、 根据权利要求5所述的设备(10)，其中，所述选择线的数量 基本上等于所述信号线的数量。
7、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述有源元件(42) 包括分配给每一所述隔室(20)的晶体管(43)。
8、 根据权利要求7所述的设备(10)，其中，所述晶体管(43) 是薄膜晶体管。
9、 根据权利要求7所述的设备(10)，其中，所述晶体管(43) 的栅极连接至选择线(60)，并且其中主导电沟道将信号线(70)连 接至第一或第二电极(40， 50)。
10、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述有源元件(42) 包括第一晶体管(43)和第二晶体管(44)。
11、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述有源元件(42) 包括局部电流源。
12、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述有源元件(42) 包括二极管。
13、 根据权利要求I所述的设备(IO)，其中，所述有源元件(42) 包括MIM二极管。
14、 根据权利要求I所述的设备(IO)，其中，所述有源元件(42) 包括存储装置(45)。
15、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，隔室(20)的第 一组(21)设为容纳第一量的第一物质，而隔室(20)的第二组(22) 设为容纳第二量的第二物质。
16、 根据权利要求15所述的设备(10)，其中，所述第一量约为 所述第二量的一半。
17、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，通过在所述第一 电极(40)和所述第二电极(50)之间施加电势而操作所述隔室(20) 的所述释放机构(30)。
18、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，每一所述隔室(20) 的所述第一电极(40)和所述第二电极(50)是彼此电绝缘的。
19、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，通过电化学反应 激活所述释放机构(30)。
20、 根据权利要求l所述的设备(10)，其中，通过加热所述释 放机构(30)而激活所述释放机构(30)。
21、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述设备(10) 包括用于控制所述物质的释放的控制单元(80)。
22、 根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述隔室(20) 的数量至少为100。
23、 根据权利要求1所述的设备(10)，其包括来自LTPS (低温 多晶硅)、非晶硅、纳米晶硅、微晶硅、或其它诸如CdSe、 SnO或有 机半导体这样的半导体材料的组群中的材料。
24、 用于利用设备(10)可控制地从隔室(20)释放预定量的物 质的方法，所述设备(10)在基底(11)中包括隔室(20)的矩阵布 置，每一所述隔室(20)由至少一个释放机构(30封闭，将至少一 个第一电极(40)和至少一个第二电极(50)分配给每一所述隔室(20)， 所述设备(10)包括多个选择线(60)和多个信号线(70)，所述隔 室(20)的数量大于所述选择线(60)的数量和所述信号线(70)的数量之和，所述方法包括以下步骤- 将每一所述第一电极(40)或每一所述第二电极(50)经由至少 一个有源元件(42)电连接至所述多个选择线(60)之一和/或所述 多个信号线(70)之一，- 激活所述有源元件(42)并由此在所述第一电极(40)和所述第 二电极(50)之间施加电势或电流。
25、根据权利要求24所述的方法，其中，多个所述隔室(20) 同时释放物质。
全文摘要
本申请提供用于从隔室(20)控制释放预定量的物质的设备(10)。该设备在基底中包括隔室的矩阵布置，每一隔室由至少一个释放机构封闭，将至少一个第一电极(40)和至少一个第二电极(50)分配给每一隔室，该设备包括多个选择线(60)和多个信号线(70)，隔室的数量大于选择线的数量和信号线的数量之和，将每一第一电极或每一第二电极经由至少一个有源元件电连接至多个选择线之一和/或多个信号线之一。
文档编号A61M31/00GK101212994SQ200680024472
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月29日 优先权日2005年7月5日
发明者M·T·约翰逊, R·库尔特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司