专利名称：基于电活性聚合物的泵的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于泵送物质(例如流体、气体和/或固体)的方法和装置。
背景技术：
泵在各种医疗手术中起重要的作用。例如，泵用来在腹腔镜和内窥镜手术中输送流体(盐水等)到处理区域，以将血液输送到透析和心肺机或者从透析和心肺机输送血液，以及对分析用体液进行取样。大多数医疗泵是定位在手术区域外部并且可抽回或输送流体的离心式或容积式泵。
容积式泵通常分成两类，单转子和多转子。转子可以是通过流体室抽吸或压迫流体的叶片、提桶、滚子、滑履、活塞、齿轮和/或齿。常规的转子由直接或间接驱动转子的电机或内燃机驱动。例如，蠕动泵通常包括装配在环状泵外壳中的挠性管和具有多个滚子(转子)的旋转机构。当旋转机构转动时，滚子压缩管的一部分并且通过管内的内部通道压迫流体。蠕动泵通常用来泵送干净或者无菌的流体，因为泵送机构(旋转机构和滚子)不直接接触流体，由此减小交叉污染的可能性。
其它常规的容积式泵(例如齿轮泵或凸轮泵)采用迫使流体通过流体室的旋转元件。例如，凸轮泵包括两个或多个转子，所述转子上定位有凸轮组。马达使转子旋转，从而使凸轮啮合在一起并且通过流体室驱动流体。
离心泵包括径向、混合和轴向流动泵。离心泵可以包括具有径向定位的叶片的回转叶轮。流体进入泵并且被抽入叶片之间的空间。然后叶轮的转动动作通过由叶轮的转动动作产生的离心力迫使流体向外流动。
现有的泵尽管有效，但是其需要大的壳体来容纳机械泵送机构、齿轮和马达，由此限制了其在一些医疗手术中的实用性。因此，需要改进用于输送流体的方法和装置。
发明内容
本发明总的涉及用于泵送物质(例如流体、气体和/或固体)的方法和装置。在一个示例性实施例中，泵包括其中形成有通道的第一构件和与第一构件连通的多个致动器。致动器适于在对其施加能量时改变形状，从而多个致动器的顺序致动适于产生泵送动作，以使流体通过第一构件运动。
致动器也可以由各种材料制成。在一个示例性实施例中，至少一个致动器为电活性聚合物(EAP)的形式。例如，聚合物可以是具有挠性导电外壳的纤维束的形式，在该挠性导电外壳中设有多个电活性聚合物纤维和离子流体。可选择的是，致动器可以是具有至少一个挠性导电层、电活性聚合物层和离子凝胶层的层压材料的形式。多个层压材料层可用来形成复合层。致动器也可以包括连接到其上的回流电极和输送电极，该输送电极适于将能量从外部能源输送到每个致动器。
也可以各种构型布置致动器，以便进行所需的泵送动作。在一个实施例中，致动器可以连接到设置在第一构件的通道内的挠性管状构件上。例如，挠性管状构件可以包括形成在其中用于接收流体的内腔，该致动器可以围绕挠性管状构件的圆周设置。泵还可以包括设置在挠性管状构件的内腔内的内部管状构件，从而流体可以在内部管状构件和挠性管状构件之间流动。内部管状构件可以限定用于接收工具和装置的通道。在另一方面，这些致动器可以设置在挠性管状构件的内腔内，并且这些致动器适于被顺序地致动，以在对其输送能量时进行径向扩张，由此径向扩张挠性管状构件。因此，这些致动器可使流体通过形成在挠性管状构件和第一构件之间的流体通路运动。
在另一个实施例中，可围绕第一构件内的中央毂径向定位多个致动器。可围绕致动器定位护套，从而致动器的轴向收缩使护套径向运动。致动器的顺序致动可将流体抽入一个通道并且可将流体从相邻的通道排出。
这里还公开了用于泵送流体的方法。在一个实施例中，该方法可包括顺序地将能量输送到一组电活性聚合物致动器，以通过与致动器连通的通道泵送流体。在一个实施例中，该组电活性聚合物致动器可以设置在挠性细长轴内，可以围绕挠性细长轴设置外部管状壳体，从而在外部管状壳体和挠性细长轴之间形成通道。该组电活性聚合物致动器可以在能量输送到其上时径向扩张，以扩张挠性细长轴并通过通道泵送流体。在另一个实施例中，可围绕其中限定有通道的挠性细长轴设置该组电活性聚合物致动器，并且该组电活性聚合物致动器在能量输送到其上时径向收缩，以收缩挠性细长轴并通过通道泵送流体。在又一个实施例中，该组电活性聚合物致动器可在其中限定通道，并且该组电活性聚合物致动器可在能量输送到其上时径向收缩，以通过流体流动通路泵送流体。
本发明还涉及如下方面(1)一种泵送装置，包括第一构件，形成有穿过该第一构件的通道；以及多个致动器，其与所述第一构件连通并适于在被施加能量时改变形状，从而多个致动器的顺序致动适于形成泵送动作，以使流体通过第一构件运动。
(2)如第(1)项所述的装置，其中，每个致动器适于在被施加能量时径向扩张和轴向收缩。
(3)如第(1)项所述的装置，其中，每个致动器包括电活性聚合物。
(4)如第(1)项所述的装置，其中，每个致动器包括至少一个电活性聚合物复合层，该电活性聚合物复合层具有至少一个挠性导电层、电活性聚合物层和离子凝胶层。
(5)如第(1)项所述的装置，其中，每个致动器包括回流电极和连接到回流电极上的输送电极，该输送电极适于将能量从外部能源输送到致动器上。
(6)如第(1)项所述的装置，其中，所述多个致动器连接到设置在第一构件的通道内的挠性管状构件。
(7)如第(6)项所述的装置，其中，所述挠性管状构件包括穿过其形成的用于接收流体的内腔，并且围绕所述挠性管状构件设置所述多个致动器。
(8)如第(6)项所述的装置，还包括设置在挠性管状构件的内腔内并且限定了用于接收工具和装置的通道的内部管状构件，流体适于在所述内部管状构件和所述挠性管状构件之间流动。
(9)如第(5)项所述的装置，其中，所述多个致动器设置在所述挠性管状构件的内腔内并且适于被顺序地致动，以在被输送能量时径向扩张，从而使流体在挠性管状构件和第一构件之间运动。
(10)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器径向定位在第一构件内。
(11)如第(9)项所述的装置，还包括围绕致动器定位的护套。
(12)如第(10)项所述的装置，其中，所述致动器与护套的内表面和中央毂配合。
(13)如第(10)项所述的装置，其中，能量施加道至少一个致动器上，使护套相对于第一构件运动。
(14)如第(10)项所述的装置，其中，所述致动器适于从护套与第一构件的内表面间隔开的收缩位置运动到护套接触第一构件的内表面的扩张位置。
(15)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器适于独立运动。
(16)如第(1)项所述的装置，还包括流体入口和流体出口。
(17)一种泵送流体的方法，包括顺序地将能量输送到一组电活性聚合物致动器上，以通过与所述电活性聚合物致动器连通的通道泵送流体。
(18)如第(17)项所述的方法，其中，该组电活性聚合物致动器设置在挠性细长轴内，外部管状壳体围绕挠性细长轴设置，从而在外部管状壳体和挠性细长轴之间形成通道，并且该组电活性聚合物致动器在被输送能量时径向扩张，以扩张挠性细长轴并通过所述通道泵送流体。
(19)如第(17)项所述的方法，其中，该组电活性聚合物致动器围绕挠性细长轴设置，穿过该挠性细长轴限定有通道，并且该组电活性聚合物致动器在被输送能量时径向收缩，以收缩挠性细长轴并通过所述通道泵送流体。
(20)如第(17)项所述的方法，其中，该组电活性聚合物致动器限定穿过其中的通道，并且该组电活性聚合物致动器在被输送能量时径向收缩，以通过流体流动通路泵送流体。
通过下面结合附图的详细描述，可以更全面地理解本发明，其中图1A是现有技术的纤维束式EAP致动器的横剖面图；图1B是图1A所示的现有技术的致动器的径向剖面图；图2A是具有多个EAP复合层的现有技术的层压式EAP致动器的剖面图；图2B是图2A所示的现有技术的致动器的一个复合层的透视图；图3A是围绕挠性管设置有多个致动器的泵的一个示例性实施例的透视图；图3B是图3A的泵的透视图，其中第一致动器被致动；图3C是图3A的泵的透视图，其中第一和第二致动器被致动；图3D是图3A的泵的透视图，其中第一致动器被停用并且第二致动器被致动；图3E是图3A的泵的透视图，其中第二和第三致动器被致动；图3F是图3A的泵的透视图，其中第二致动器被停用并且第三致动器被致动；图3G是图3A的泵的透视图，其中第三和第四致动器被致动；图4是围绕内腔的外部设有致动器的泵的另一个实施例的截面图；图5是这里公开的包括内部通道的泵的另一实施例的剖面图；图6是这里公开的包括内部通道的泵的又一实施例的剖面图；图7是这里公开的泵的另一实施例的剖面图；图8是这里公开的泵的再一实施例的剖面图；图9A是图8的泵的剖面图；图9B是图8的泵的剖面图；图10A是这里公开的泵的另一实施例的剖面图；图10B是图10A的泵的剖面图；图10C是图10A的泵的剖面图；以及图10D是图10A的泵的透视图。
具体实施例方式
下面将描述一些示例性实施例，以提供对本发明公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。附图中显示了这些实施例的一个或多个例子。本领域普通技术人员将理解，这里具体描述和附图中显示出的装置和方法是非限制性的示例性实施例，本发明的范围仅由权利要求限定。所描述的或者所显示出的与一个示例性实施例有关的特征可以与其它实施例的特征结合。这种修改和变型包括在本发明的范围中。
这里公开了用于泵送流体的各种方法和装置。本领域的技术人员应当理解的是，尽管所描述的方法和装置用于泵送流体，但是这些方法和装置可用于泵送任何物质，包括气体和固体。总的说来，这些方法和装置利用一个或多个致动器，所述致动器适于在对其输送能量时改变方位，以通过与致动器连通的流体通路泵送流体。尽管致动器可以具有各种构型，但在一个示例性实施例中，这些致动器是电活性聚合物。电活性聚合物(EAPs)，也称为人造肌，是响应于电场或机械场表现压电、热电或电致伸缩性质的材料。具体地说，EAPs是一组导电掺杂聚合物，当施加电压时所述导电掺杂聚合物改变形状。可以使用电极使所述导电聚合物与某种形式的离子流体或凝胶配对。一旦对电极施加电压电位，离子从流体/凝胶流入或流出导电聚合物，可以引起聚合物的形状变化。通常，可以根据使用的具体聚合物和离子流体或凝胶施加在大约1V-4kV范围内的电压电位。特别需要注意的是，EAPs在被供能时并不改变体积，而是它们仅仅在一个方向上扩张并且在横向方向上收缩。
EAPs的主要优点中的一个是能够电控制和微调它们的性能和特性。可以通过在EAP上施加外部电压重复变形EAPs，并且当倒转所施加的电压的极性时，它们可以快速回复到它们的初始构型。可以选择特定聚合物，以形成不同类型的运动结构，包括扩张、线性运动和弯曲结构。EAPs也可以与机械机构(例如弹簧或挠性板)配对，从而当电压施加到EAP时改变EAP对机械机构的影响。输送到EAP的电压的大小也可以与产生的运动量或尺寸变化量对应，因此可以控制能量输送，从而实现所需的变化量。
有两种基本类型的EAPs，每种类型有多种构型。第一种类型是纤维束，其可以包括捆在一起协同工作的许多纤维。所述纤维通常具有大约30-50微米的尺寸。这些纤维可以被编织成很像织物的束，并且它们常常被称为EAP纱线。在使用中，EAP的机械构型确定了EAP致动器和其运动能力。例如，EAP可以形成长股线并且缠绕单个中心电极。挠性外部外护套将形成用于致动器的另一电极并且包含实现装置的功能所必须的离子流体。当对其施加电压时，EAP将扩张，使所述股线收缩或缩短。可在商业上获得的纤维EAP材料的一个例子由Santa Fe Science and Technology公司制造并且作为PANIONTM纤维出售，其描述于美国专利No.6,667,825中，通过参考将该文献的全部内容并入本文。
图1A和1B示出了由纤维束形成的EAP致动器100的一个示例性实施例。如图所示，致动器100通常包括挠性导电外护套102，该外护套采用细长圆柱形构件的形式，其上形成有相对的绝缘端帽102a和102b。然而，导电外护套102可以根据预期用途具有各种其它形状和尺寸。如进一步所显示的，导电外护套102联接到回流电极108a上，能量输送电极108b通过绝缘端帽中的一个(例如端帽102a)延伸，通过导电外护套102的内腔，并且进入相对的绝缘端帽(例如端帽102b)中。能量输送电极108b例如可以是铂阴极线。导电外护套102也可以包括布置在其中的离子流体或凝胶106，以用于将能量从能量输送电极108b输送到布置在外护套102内的EAP纤维104。具体地说，一些EAP纤维104平行布置并且在每个端帽102a，102b之间和延伸，并延伸进入端帽102a和102b。如上所述，纤维104可以布置成各种方位，以提供预期结果，例如径向地扩张或收缩或者弯曲运动。在使用中，能量可以通过有源能量输送电极108b和导电外护套102(阳极)输送到致动器100。所述能量将使离子流体中的离子进入EAP纤维104，由此使纤维104在一个方向上扩张(例如径向地扩张，使得每个纤维104的外径增加)和在横向方向上收缩(例如轴向地收缩，使得所述纤维的长度减小)。因此，端帽102a，102b将被朝着彼此被牵引，从而收缩和减小挠性外护套102的长度。
另一种类型的EAP是层压结构，其包括一个或多个EAP层、布置在每个EAP层之间的离子凝胶或流体层和连接到所述结构上的一个或多个挠性导电板，例如正电极板和负电极板。当施加电压时，层压结构在一个方向上扩张并且在横向或垂直方向上收缩，从而使与之联接的一个或多个挠性板根据EAP相对于一个或多个挠性板的构型缩短或伸长，或者弯曲或挠曲。可在商业上获得的层压EAP材料的一个例子由SRI Laboratories的一个分部Artificial Muscle Inc制造。称为薄膜EAP的板状EAP材料也可从日本的EAMEX获得。
图2A和2B示出了由层压材料形成的EAP致动器200的一个示例性构型。首先参照图2A，致动器200可以包括层压EAP复合层的多个层(例如显示了五个层210、210a、210b、210c、210d)，所述层由布置在它们之间的粘合剂层103a、103b、103c、103d彼此粘合。在图2B中更详细地显示了所述层中的一个，即层210，如图所示，层210包括第一挠性导电板212a、EAP层214、离子凝胶层216和第二挠性导电板212b，所有这些层都彼此连接，以形成层压复合层。如图2B中进一步所示，所述复合层也可以包括联接到挠性导电板212a，212b上的能量输送电极218a和回流电极218b。在使用中，能量可以通过有源能量输送电极218a输送到致动器200。所述能量使离子凝胶层216中的离子进入EAP层214，从而使层214在一个方向上扩张并且在横向方向上收缩。因此，将迫使挠性板212a，212b挠曲或弯曲，或者以其它方式随EAP层214改变形状。
如前所示，一个或多个EAP致动器可以并入用于泵送流体的装置中。EAPs比由传统马达(例如电机)驱动的泵更具优势，因为EAPs的尺寸使其可以放置在可植入的装置或手术装置中。另外，可将一组EAPs(例如沿着泵的长度或者在径向构型中)分布在泵中，而不是依靠单个马达和复杂的齿轮布置。EAPs还可以便于遥控泵，这对于植入的医疗装置特别有用。如下面详细说明的一样，EAPs可以驱动各种不同类型的泵。而且，可以使用任意类型的EAP。作为非限制性的例子，EAP致动器可以是形成圈或环状构件的纤维束致动器的形式，或者它们可以是层压或者复合EAP致动器的形式，其被卷起以形成圆柱状构件。本领于技术人员应理解，此处公开的泵可具有各种构型，并且它们适于用在各种医疗手术中。例如，此处公开的泵可用于泵送流体到植入装置(例如胃束带)中或者从其中泵送流体。
图3A示出了采用EAP致动器的泵送机构的一个示例性实施例。如图所示，泵10通常包括细长构件12，该细长构件12具有近端14、远端16以及穿过泵延伸位于近端14和远端16之间的内部通道或内腔18。内腔18限定了流体通路。泵10还可以包括围绕细长构件12的外表20面设置的多个EAP致动器22a、22b、22c、22d、22e。在使用中，如下面将更详细地描述的一样，可利用电能顺序地致动致动器22a-22e，以使致动器22a-22e径向收缩，由此收缩细长构件12并使流体通过细长构件运动。
细长构件12可具有各种构型，但是在一个实施例中，其是挠性细长管或者插管的形式，被构型成通过其接收流体流，并被构型成响应于致动器22a-22e的方位变化而挠曲。细长构件12的形状和尺寸以及用于形成挠性和/或弹性细长构件12的材料可以根据所需的用途而变化。在一些示例性实施例中，细长构件12可以由生物相容性聚合物(例如硅树脂或者胶乳)制成。作为非限制性的例子，其它适合的生物相容性弹性体包括异戊橡胶、氯丁二烯、氟橡胶、腈和氟硅氧烷。本领域的技术人员将理解的是，可以选择材料，以获得所需的机械性能。尽管没有显示出，但是细长构件12还可以包括其他便于其安装到医疗装置、流体源等上的元件。
致动器22a-22e也可以具有各种构型。在所示例的实施例中，致动器22a-22e由围绕细长构件12的外表面卷绕的EAP层压材料或者复合层形成。粘合或者其它配合技术可用于将致动器22a-22e连接到细长构件12上。致动器22a-22e优选相互间隔开一定距离，以允许致动器22a-22e在被输送能量时径向收缩和轴向扩张，但是致动器22a-22e可以定位成相互接触。本领域的技术人员应当理解，致动器22a-22e可选择地设置在细长构件12内，或者与细长构件12形成一体。致动器22a-22e也可以彼此连接，以形成细长管状构件，由此不需要挠性构件12。本领域的技术人员应当理解，尽管示出了五个致动器22a-22e，但是泵10可以包括任意数量的致动器。致动器22a-22e也可以具有各种构型、形状和尺寸，以改变装置的泵送动作。
也可以各种方位将致动器22a-22e连接到挠性细长构件12上，以实现所需的运动。在一个示例性实施例中，致动器22a-22e被布置成使得致动器22a-22e在被施加能量时径向收缩和轴向扩张。具体地说，当能量输送到致动器22a-22e上时，致动器22a-22e直径可以减小，由此减小细长构件12的内径。这种构型允许致动器22a-22e被顺序地致动，以通过细长构件12泵送流体，如下面更详细地描述的一样。本领域的技术人员应当理解，可以采用各种技术来将能量输送到致动器22a-22e。例如，每个致动器可连接到回流电极和适于将能量从外部电源传递到致动器上的输送电极上。这些电极可以通过细长构件12中的内腔18延伸、嵌入细长构件12的侧壁中，或者它们可以沿着细长构件12的外表面延伸。这些电极可以连接到电池电源上，或者它们可以通过适于连接到插座上的电线延伸。在泵10适于植入患者体内的情况下，电极可以连接到变压器上，该变压器适于经皮植入并且适于从患者身体外部的外部能源远程接收能量。这种构型允许泵10上的致动器22a-22e远距离致动，而无需手术。
图3B-3G示出了用于顺序致动致动器22a-22e以形成蠕动式泵送动作的一种示例性实施例方法。该顺序可以从对第一致动器22a输送能量开始，从而致动器挤压一部分细长构件12并减小内腔18的直径。在保持对第一致动器22a输送能量的同时，将能量输送到与第一致动器22a相邻的第二致动器22b。第二致动器22b径向收缩，即直径减小，以进一步压缩细长构件12，如图3C所示。因此朝细长构件12的远端16沿远侧方向压迫内腔18内的流体。如图3D所示，在保持对第二致动器22b输送能量的同时，停止将能量输送到第一致动器22a，由此使得第一致动器22a径向扩张并回到开始时的停用构型。然后将能量输送到与第二致动器22b相邻的第三致动器22c上，以使第三致动器22c径向收缩，如图3E所示，从而进一步通过内腔18沿远侧方向推动流体。然后停止将能量输送到第二致动器22b，从而第二致动器22b径向扩张并回到开始时的停用构型，如图3F所示。然后将能量输送到第四致动器22d上，如图3G所示，以径向收缩第四致动器22d并进一步沿远侧方向泵送流体。继续顺序地致动和停用相邻的致动器的过程。结果是产生从泵10的近端14运行到泵10的远端16的“脉冲”。如果需要，可以重复图3B-3G所示的过程，以继续泵送动作。例如，可以再次将能量输送到致动器22a-22e上，以产生第二脉冲。本领域的技术人员应当理解，可以通过在致动最后一个致动器22d时同时致动第一个致动器22a，使第二脉冲直接跟在第一脉冲后面，或者可选择的是，第二脉冲可以在一段时间之后跟在第一脉冲后面。
在另一个实施例中，泵10可以包括包围着内部细长构件12和致动器22a-22e的外部细长构件24。如图4所示，其显示出了围绕致动器22设有外部细长构件24的泵10的横截面，该致动器22围绕挠性细长构件12设置。外部细长构件24可仅用作用于封装致动器的壳体，或者任选地对泵10提供辅助支撑、刚度和/或挠度等。
在另一个实施例中，泵10可包括其它细长构件和/或通道。例如，如图5所示，泵10可以包括刚性或者半刚性内部构件26，其限定了通过泵10的轴向通道28。在使用中，通道28例如可以提供进入手术部分，用于输送器械、流体或其它材料，和/或用于视觉检测。尽管所示的内部构件26具有通道，本领域的技术人员应当理解，其可以是提供限定流体通路的表面和/或提供对泵10的结构支撑的实心的或者端部封闭的构件。
尽管图3A-5所示的致动器通过径向收缩以压缩细长构件12而形成泵送动作，但是泵送动作可以交替地通过径向扩张致动器以增加细长构件的直径而形成。例如图6示出了泵10′的剖面图，该泵10′具有外部细长构件24′和内部细长构件12′，在外部细长构件24′和内部细长构件12′之间限定了流体流动通道。致动器(仅示出了一个致动器22′)定位在内部构件26′和挠性内部细长构件12′之间。内部构件26′限定了用于提供进入手术部位的通路，用于输送器械、流体或者其它材料，和/或用于视觉检测。在使用中，可以通过将能量输送到致动器22′以径向扩张致动器22′(即增加致动器22′的直径)，由此朝着外部细长构件24′径向扩张挠性内部细长构件12′，从而通过装置10′泵送流体。本领域的技术人员应当理解，泵10′的内部构件26′和/或外部构件24′根据泵10′的所需构型可以是挠性的、刚性的或者半刚性的。
图7示出了泵10″的另一个示例性实施例，其利用纤维束式致动器形成泵送动作。具体地说，泵10″可以包括其中限定有通道28″的细长构件26″，以提供进入手术部位，用于输送器械、流体或者其它材料，和/或用于视觉检测。围绕细长构件26″设置内部挠性护套30″和外部挠性护套32″，它们相互间隔一定距离，从而适于在它们之间安放致动器22″。换句话说，最外侧的挠性护套32″的直径可以大于内部挠性护套30″的直径。致动器22″可以形成为沿着泵10″的长度轴向对准的环状构件。在使用中，流体可以在内部挠性护套30″和细长构件26″之间流动。当能量输送到致动器22″时，致动器22″径向收缩，即直径减小，由此使内部和外部挠性护套30″和32″的定位在已致动的致动器22″附近的部分朝着细长构件26″运动。如前所述，可以顺序地将能量输送到致动器22″上，以形成脉冲式泵送动作。
如图8所示，泵10″也可以包括围绕外部护套32″设置的外部构件24″。内部护套30″和细长构件26″之间的空间可限定第一流体通路36″，外部护套32″和外部构件24″之间的空间可以限定第二流体通路38″。顺序致动致动器22″可以同时通过第一和第二通路36″和38″泵送流体。
图9A和9B示出了图8的泵10″中的致动器22″的泵送动作。通常，致动器22a″-j″被顺序致动以形成波动作用。这可通过完全致动一些致动器，部分致动或者部分停用相邻的致动器，以及完全停用一些致动器来实现。如前所述，输送到每个致动器上的能量的量可以与所发生的径向扩张或者收缩的量相关。如图9A所示，一些致动器(例如致动器22d″和22i″)被完全致动，以压缩内部护套30″，从而使内部护套30″的邻近致动器22d″和22i″的部分靠在细长构件26″上。相邻的致动器(例如致动器22b″、22c″、22e″、22g″、22h″、22j″)根据流体运动的所需方向部分致动或者部分停用，其它致动器(例如致动器22a″和22f″)被完全停用并处于完全扩张构型。因此，致动器22a″-j″沿着泵的长度共同形成波动构型。当输送到每个致动器22a″-j″上的能量继续在完全致动和完全停用之间切换时，致动器22a″-j″继续扩张和收缩，由此通过通路36″和38″使流体运动。如图9B所示，致动器22d″和22i″完全停用，从而他们径向扩张，相邻的致动器22b″、22c″、22e″、22g″、22h″、22j″部分致动或者部分停用，致动器22a″和22f″被完全致动并处于完全收缩构型中。致动器22a″-j″由此在流体通路36″和38″中产生压力，以挤压通过其中的流体。
在又一个实施例中，EAP致动器可用于凸轮或者叶片式泵中。图10A-10D示出了泵310的一个实施例，其具有其中限定有流体通道341的外部壳体340，该外部壳体340包括入口和出口350和352。中央毂342设置在外部壳体340中，并且包括多个在径向构型中从其延伸的致动器322。外部护套348围绕致动器322和毂342设置，以形成内部壳体组件。在使用中，致动器322可以顺序地致动，以使内部壳体组件在外部壳体340中运动，由此通过入口350将流体抽入泵310中，使流体通过泵310运动，并使流体通过出口352排出。
内部和外部壳体可以都具有各种构型，但是在一个示例性实施例中，每个壳体基本上为圆柱状或者盘状。外部壳体340优选由基本上刚性的材料制成，而形成内部壳体的护套348优选由半刚性或挠性材料制成。当然，材料也可以根据泵310的具体构型变化。
设置在护套348内的致动器322优选被构型成轴向收缩和扩张，即长度减小或增大，以基本上朝中央毂342拉动护套348，或者将护套348推离中央毂342。顺序致动致动器322因此使内部壳体在外部壳体340内以基本上环状的方式运动，由此通过外部壳体340泵送流体。本领域的技术人员应当理解，致动器322可以被构型成当被施加能量时轴向扩张，即长度增大，而不是轴向收缩。
图10A-10C中示出了内部壳体的运动。如图10A所示，一些致动器，即致动器322f、322g、322h、322i和322j，被部分或完全致动(能量输送到致动器)，从而它们轴向收缩，以朝着中央毂348拉动护套348的连接到其上的部分。因此，月牙状区域形成在外部壳体340中，流体356抽入外部壳体340中。如图10B所示，通过至少部分停用一些前面已致动的致动器(例如致动器322f和322g)和至少部分停用相邻的致动器(例如致动器322i、322j、322k、322l和322a)，来使内部壳体组件移位。该顺序致动进一步使流体356通过外部壳体340的内部容积运动。继续顺序致动致动器(例如致动器322l、322a、322b、322c、322d、322e等)继续使流体356朝着出口352运动，如图10C所示。一旦流体356位于出口352附近，致动出口352附近的致动器(例如致动器322a、322b、322c)使流体356通过出口352排出。
根据上述描述的实施例，本领域的技术人员将理解本发明的其它特征和优点。例如，进入端口可以设置在套件中，该套件具有不同长度的进入端口，以配合患者的工作区域的腔体的深度。该套件可以包括任意数量的型号，或者像医院这样的机构可以储备给定数量的尺寸和形状的接触端口。因此，本发明不由所具体显示和描述的内容限制，而是由后附权利要求限定。这里引用的所有出版物和文献通过参考其全部内容清楚地并入本文。
权利要求
1.一种泵送装置，包括第一构件，形成有穿过该第一构件的通道；以及多个致动器，其与所述第一构件连通并适于在被施加能量时改变形状，从而多个致动器的顺序致动适于形成泵送动作，以使流体通过第一构件运动。
2.如权利要求1所述的装置，其中，每个致动器适于在被施加能量时径向扩张和轴向收缩。
3.如权利要求1所述的装置，其中，每个致动器包括电活性聚合物。
4.如权利要求1所述的装置，其中，每个致动器包括至少一个电活性聚合物复合层，该电活性聚合物复合层具有至少一个挠性导电层、电活性聚合物层和离子凝胶层。
5.如权利要求1所述的装置，其中，每个致动器包括回流电极和连接到回流电极上的输送电极，该输送电极适于将能量从外部能源输送到致动器上。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个致动器连接到设置在第一构件的通道内的挠性管状构件。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述挠性管状构件包括穿过其形成的用于接收流体的内腔，并且围绕所述挠性管状构件设置所述多个致动器。
8.如权利要求6所述的装置，还包括设置在挠性管状构件的内腔内并且限定了用于接收工具和装置的通道的内部管状构件，流体适于在所述内部管状构件和所述挠性管状构件之间流动。
9.如权利要求5所述的装置，其中，所述多个致动器设置在所述挠性管状构件的内腔内并且适于被顺序地致动，以在被输送能量时径向扩张，从而使流体在挠性管状构件和第一构件之间运动。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器径向定位在第一构件内。
全文摘要
披露了用于泵送流体的方法和装置，在一个示例性实施例中，泵具有穿过其中形成有通道的第一构件和多个可电扩张的致动器，所述致动器与第一构件连通并且适于在被施加能量时改变形状，从而所述致动器的顺序地致动可以形成泵送动作，以使流体通过第一构件运动。
文档编号F04B45/047GK1916411SQ200610108918
公开日2007年2月21日 申请日期2006年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者马克·S·奥尔蒂斯, 杰弗里·S·斯韦兹 申请人:伊西康内外科公司