專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備。本發(fā)明進(jìn)一步 涉及用于可控制地從隔室釋放預(yù)定量的物質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
在許多不同的科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域中，向載流體中精確輸送少的精 確量的一種或多種化學(xué)制品極其重要。在醫(yī)學(xué)中的例子包括利用靜 脈注射方法通過(guò)肺或吸入方法或者通過(guò)從血管支架設(shè)備釋放藥物而 給病人輸送藥物。在診斷學(xué)中的例子包括向流體中釋放反應(yīng)來(lái)進(jìn)行DNA或遺傳分析、組合化學(xué)、或檢測(cè)環(huán)境樣品中的特定分子。涉及向 載流體中輸送化學(xué)制品的其它應(yīng)用包括從設(shè)備向空氣中釋放香氣和 治療用香味(therapeutic aromas)，以及向液體中釋放調(diào)味劑來(lái)制備補(bǔ)口用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備已普遍公知。例如，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2004/0034332 Al公開(kāi)了一種用于控制輸送藥物的可植入 設(shè)備，該設(shè)備包括帶有儲(chǔ)蓄器的微芯片，該儲(chǔ)蓄器含有用以釋放的 分子。該微芯片設(shè)備包括基底、在該基底中的至少兩個(gè)儲(chǔ)蓄器以及 儲(chǔ)蓄器蓋，其中儲(chǔ)蓄器含有用以釋放的分子，儲(chǔ)蓄器蓋置于該儲(chǔ)蓄 器的一部分上或其中并且處于分子上，從而通過(guò)或基于儲(chǔ)蓄器蓋的 分解或破裂經(jīng)擴(kuò)散而可控制地從該設(shè)備釋放這些分子。單個(gè)微芯片 的儲(chǔ)蓄器中的每一個(gè)可含有可被獨(dú)立地釋放的不同的分子?，F(xiàn)有設(shè) 備的一個(gè)缺點(diǎn)是每一儲(chǔ)蓄器直接接觸電極，該電極用于通過(guò)施加電 流電分裂密封層或蓋，并釋放藥物。現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于將要 從其中釋放藥物的每一隔室或每一儲(chǔ)蓄器都需要有一個(gè)外部電連接 部。這樣嚴(yán)重限制在單個(gè)設(shè)各上可以設(shè)置的隔室的數(shù)量，因?yàn)樗?電連接部所需要的空間有局限性。發(fā)明內(nèi)容因而本發(fā)明的目的是提供用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備， 該設(shè)備具有數(shù)量增多的儲(chǔ)蓄器或隔室，而無(wú)需為每一將被獨(dú)立控制 的隔室提供一個(gè)外部電連接部。上述目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備 和方法實(shí)現(xiàn)。用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備包括基底中的隔室 的矩陣布置，每一隔室由至少一個(gè)釋放機(jī)構(gòu)封閉，至少一個(gè)第一電 極和至少一個(gè)第二電極分配給每一隔室，該設(shè)備包括多個(gè)行選擇線 和多個(gè)列選擇線，隔室的數(shù)目超過(guò)行選擇線的數(shù)目和列選擇線的數(shù) 目的總和，每個(gè)第一電極直接電連接到多個(gè)行選擇線中的一個(gè)，而 每個(gè)第二電極直接電連接到多個(gè)列選擇線中的一個(gè)，其中釋放機(jī)構(gòu) 具有閾值特性。根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)點(diǎn)是可能基于多個(gè)獨(dú)立的藥物釋放隔室 來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的物質(zhì)或藥物輸送系統(tǒng)，其中隔室的數(shù)目很多，即在1.00-l，000，000隔室的范圍內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，隔室的數(shù)目大大受限于由連接線獨(dú)立地接觸每個(gè)隔室的需求。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是物質(zhì)或藥物的輸送控制是基于無(wú)源矩陣原 理。這與每個(gè)隔室直接連接到電連接部的現(xiàn)有技術(shù)形成對(duì)比。通過(guò)利用無(wú)源矩陣，以控制的方式從達(dá)到l.OO-l，OOO，OOO量級(jí)的大量隔室中的任一個(gè)釋放藥物是可行的。如果每個(gè)隔室將被專(zhuān)用的控制設(shè)備 獨(dú)立地控制，則這不是可行的，因?yàn)榻Y(jié)合這種控制系統(tǒng)所需的成本 和空間將是非常高的。從而，本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是諸如外部藥物輸送系統(tǒng)(膠布(patches))、可植入的藥物輸送系統(tǒng)或口服藥輸送系 統(tǒng)(e-pill)的應(yīng)用是可能的。根據(jù)本發(fā)明的藥物輸送系統(tǒng)可應(yīng)用于 一種藥物的輸送，但也能夠有利地應(yīng)用到從相同的陣列或相同設(shè)備 應(yīng)用幾種不同的藥物的系統(tǒng)。通過(guò)將每個(gè)隔室或隔室的至少每個(gè)釋 放機(jī)構(gòu)或與關(guān)聯(lián)于或?qū)儆诟羰业闹辽賰蓚€(gè)電極直接電連接到多個(gè)行 選擇線中的一個(gè)和多個(gè)列選擇線中的一個(gè)，實(shí)現(xiàn)用于預(yù)定量的物質(zhì) 的控制釋放的無(wú)源矩陣型設(shè)備。通過(guò)將電極(第一電極和屬于每個(gè)隔室的第二電極)直接連接到行選擇線或列選擇線來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)源矩陣 原理，不需要任何有源的電元件。根據(jù)本發(fā)明，需要藥物釋放機(jī)構(gòu)或蓋移除機(jī)構(gòu)，其表現(xiàn)出相對(duì) 于來(lái)自行選擇線和/或列選擇線的釋放信號(hào)的閾值特性或至少?gòu)?qiáng)的 非線性特性。在本發(fā)明的內(nèi)容中，閾值特性至少是相對(duì)于釋放信號(hào) 的釋放機(jī)構(gòu)(例如封閉蓋)的密封性能的強(qiáng)的非線性特性。如果在釋放信號(hào)(例如在0.75V電勢(shì)差值作為釋放信號(hào)的情況下)的閾值 以下施加釋放信號(hào)(例如在0.5V電勢(shì)差值作為釋放信號(hào)的情況下)， 則在密封性能上所得的效果(或釋放機(jī)構(gòu)的密封性能的損失)是可 忽略的。只有當(dāng)施加這樣的釋放信號(hào)的閾值以上的釋放信號(hào)時(shí)(例 如在l.OV電勢(shì)差值作為釋放信號(hào)的情況下)，才大大改變(即降低) 釋放機(jī)構(gòu)的密封性能。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，釋放機(jī)構(gòu)是一次性的釋放機(jī)構(gòu)。這 意味著通過(guò)施加閾值以上的釋放信號(hào)以某一方式"破壞"釋放機(jī)構(gòu)， 并且該釋放機(jī)構(gòu)是不可再用的。從而，可以提供非常劃算且容易制 造的釋放機(jī)構(gòu)。因此，本發(fā)明也涉及在已經(jīng)打開(kāi)(第一次)的時(shí)候 可關(guān)閉的釋放機(jī)構(gòu)，并且還涉及至少可第二次打開(kāi)的釋放機(jī)構(gòu)。由 于應(yīng)用可再關(guān)閉和可再打開(kāi)的釋放機(jī)構(gòu)的這樣的實(shí)施例通常意味著 較高的費(fèi)用，所以其非最有選的。很優(yōu)選地，通過(guò)封閉蓋來(lái)提供根據(jù)本發(fā)明的釋放機(jī)構(gòu)。封閉蓋 是一個(gè)特定且優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)釋放機(jī)構(gòu)的實(shí)施例。其他釋放機(jī)構(gòu)的實(shí)例是聚合體膜，或如果被加熱(載體矩陣的分解或其改變的特性，諸如破壞專(zhuān)用化學(xué)鍵)則釋放藥物的凝膠，或在施加電勢(shì)的時(shí)候， 改變它們對(duì)特定分子的滲透性的膜。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，利用多個(gè)行選擇線中的一個(gè)特定的 行選擇線和多個(gè)列選擇線中的一個(gè)特定的列選擇線，限定每個(gè)隔室。 結(jié)果，實(shí)現(xiàn)用于尋址獨(dú)立的隔室的矩陣原理，從而大大減少連接線 的數(shù)目。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，隔室的數(shù)目約為行選擇線的數(shù)目乘以列 選擇線的數(shù)目的數(shù)量級(jí)。因此可以更減少設(shè)備上所需要的連接線并因此致使設(shè)備較小，具有較輕的重量，且更劃算。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，行選擇線的數(shù)目基本上與列選擇線的數(shù) 目相同。因此可以利用給定數(shù)目的膠囊進(jìn)一步減少設(shè)備上所需要的 連接線，并因此使設(shè)備更小，具有較輕的重量，且更劃算。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，第一組隔室被設(shè)置為含有第一 量的第一物質(zhì)，而第二組隔室被設(shè)置為含有第二量的第二物質(zhì)。根 據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是能夠在本發(fā)明的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)很靈活的物質(zhì) 釋放機(jī)構(gòu)。例如，可以提供不同尺寸的隔室，從而能夠含有不同體 積的一種或多種用于釋放的物質(zhì)。例如，如果在給定的時(shí)刻較大量 的物質(zhì)將要被釋放，則因此能夠控制設(shè)備并且打開(kāi)具有合適的尺寸 并因此具有待釋放的合適體積的物質(zhì)的隔室。這代替了從一定數(shù)目 的較小隔室釋放相同量的物質(zhì)，其會(huì)具有相同的效果。當(dāng)然，將合 適量的物質(zhì)從一個(gè)單個(gè)隔室釋放出來(lái)較容易控制，因此使得根據(jù)本 發(fā)明的設(shè)備較小、具有較輕的重量且更劃算。因此，第一和第二物 質(zhì)可不同或相同。提高釋放例如藥物等等的物質(zhì)的靈活性的另一種 方式是在設(shè)備上的不同的隔室中提供幾種不同的物質(zhì)或不同物質(zhì)的 混合物，其中不同的隔室尺寸相同或不同。從而可以可控地將例如 兩種不同的藥物二者擇一地在一天期間內(nèi)或在另一時(shí)間間隔期間內(nèi) 釋放給病人?？蛇x擇地，例如通過(guò)不同尺寸的隔室以及在不同尺寸 的隔室中的不同物質(zhì)，也可以進(jìn)一步提高本發(fā)明的設(shè)備的使用靈活 性。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，第一量近似為第二量的一半。因此也可 以具有有著第一體積或包含第一量的物質(zhì)的第一組隔室、包含第一 量的兩倍的第二組隔室、包含第一量的四倍的第三組以及包含第一 量的八倍的第四組。因此更進(jìn)一步提高釋放一個(gè)或多個(gè)物質(zhì)的靈活 性。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)在第一電極和第二電極之間施 加電勢(shì)，隔室的釋放機(jī)構(gòu)被設(shè)置成可移除的或可分解的。然后可以 非常容易地且快速地控制從一個(gè)隔室中釋放出物質(zhì)。在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)隔室的第一電極和第 二電極基本上被設(shè)置成彼此電絕緣。非常有利地，從而可以通過(guò)選擇行和列以限定設(shè)備上的隔室的矩陣布置上的特定的隔室來(lái)減少干 涉效應(yīng)。接著可以利用本發(fā)明的設(shè)備很精確地控制從隔室中釋放出 物質(zhì)。進(jìn)一步優(yōu)選地，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)或優(yōu)選地利用電流對(duì)釋放機(jī)構(gòu) 進(jìn)行加熱，來(lái)激活釋放機(jī)構(gòu)。能夠以非常劃算的方式制造該設(shè)備， 并且能夠使物質(zhì)的釋放得較快且更精確。本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例設(shè)有用于控制物質(zhì)的釋放的控制單元。進(jìn)一步優(yōu)選地，隔室的數(shù)目至少為100，優(yōu)選地至少為1,000，更優(yōu) 選地至少為10,000，仍?xún)?yōu)選地至少為100,000，且最優(yōu)選地至少為 1 ，000,000隔室?？赏ㄟ^(guò)微量加液器或噴墨印刷技術(shù)填充隔室。本發(fā)明也包括一種用于使用包括基底中的矩陣布置的隔室的設(shè) 備而從隔室可控制地釋放預(yù)定量的物質(zhì)的方法，其中每個(gè)隔室由至 少一個(gè)釋放機(jī)構(gòu)封閉，將至少一個(gè)第一電極和至少一個(gè)第二電極分 配給每個(gè)隔室，該設(shè)備包括多個(gè)行選擇線和多個(gè)列選擇線，隔室的 數(shù)目超過(guò)行選擇線的數(shù)目和列選擇線的數(shù)目的總和，該方法包括如下步驟- 將隔室的第一電極直接電連接到多個(gè)行選擇線中的一個(gè)，- 將隔室的第二電極直接電連接到多個(gè)列選擇線中的一個(gè)，- 利用多個(gè)行選擇線中的一個(gè)和多個(gè)列選擇線中的一個(gè)，在第一 電極和第二電極之間施加預(yù)定閾值以上的電勢(shì)。因此，可以以非常快速和容易控制的方式可控地釋放特定量的 物質(zhì)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例中，不止一個(gè)隔室在同一時(shí) 間釋放物質(zhì)。這意味著可同時(shí)打開(kāi)不止一個(gè)隔室，且意味著此時(shí)對(duì) 于這些隔室中的每個(gè)來(lái)說(shuō)釋放物質(zhì)或藥物的周期是相同的。或者， 也可以連續(xù)地打開(kāi)多個(gè)隔室，以便它們的釋放周期(較之打開(kāi)特定 的隔室所需要的時(shí)間，通常長(zhǎng)得多)交疊，而可以通過(guò)不止一個(gè)隔 室釋放物質(zhì)。因此，可以非常靈活地控制物質(zhì)的釋放。結(jié)合附圖，根據(jù)下列詳細(xì)地描述，本發(fā)明的這些和其他特性、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中附圖通過(guò)實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的原理。 僅出于示例的目的給出了該描述，并非限制本發(fā)明的范圍。以下所 引用的參考圖表示附圖。


圖1示意性地說(shuō)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備100，示出了這樣類(lèi)型 的設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；圖2示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的隔室的四種不同布置。
具體實(shí)施方式
將計(jì)對(duì)具體實(shí)施例并參照特定附圖介紹本發(fā)明，但本發(fā)明不限 于此而僅由權(quán)利要求限定。所描述的附圖僅為示意性的而非限制性 的。在附圖中，出于說(shuō)明性目的， 一些元件的大小可能被放大且沒(méi) 有按比例繪制。其中不定冠詞或定冠詞用在單數(shù)名詞之前，例如"一"、"該"， 除非特別說(shuō)明，這包括該名詞的復(fù)數(shù)。而且，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的詞第一、第二、第三等用于區(qū)分 相似元件，而不一定用于描述序列或時(shí)間順序。應(yīng)該明白所使用的 這些詞在適當(dāng)?shù)那樾蜗率强苫Q的，并且此處描述的本發(fā)明的實(shí)施 例能夠以此處未描述或舉例的其它順序?qū)嵤?。而且，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的詞頂部、底部、上方、下方等出 于說(shuō)明性目的使用，而不一定用于說(shuō)明相對(duì)位置。應(yīng)該明白所使用 的這些詞在適當(dāng)?shù)那樾蜗率强苫Q的，并且此處描述的本發(fā)明的實(shí) 施例能夠以此處未描述或舉例的其它方位實(shí)施。注意到用在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的詞"包括"不應(yīng)該被解釋 為局限于其后所列出的裝置；不排除其它元件或步驟。因此，表述 "包括部件A和B的設(shè)備"的范圍不應(yīng)該被限制為僅由部件A和B 所組成的設(shè)備。其意味著對(duì)于本發(fā)明，該設(shè)備的僅有的相關(guān)部件為A 和B。在圖1中，示意性示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的公知設(shè)備100。該公知設(shè)備100包括基底11，其中設(shè)置有多個(gè)隔室20。隔室20由釋放機(jī) 構(gòu)30 (特別是封閉蓋30)封閉。由圖1可進(jìn)一步看到，有通向每一 隔室20或至少通向或接近每一釋放機(jī)構(gòu)30的電極線。這些連接線 在圖1中沒(méi)有用附圖標(biāo)記標(biāo)出。該公知設(shè)備100還包括電極區(qū)域110。在圖2中示意性示出了包括多個(gè)隔室20的本發(fā)明的設(shè)備10， 其中僅示出9個(gè)隔室20。與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備相比，該設(shè)備10在基底 11中包括有隔室20?；?1是在其中形成隔室20的結(jié)構(gòu)體，例如， 其含有蝕刻的、機(jī)械加工的或模制的隔室20。隔室20 (在下面也稱(chēng) 為儲(chǔ)蓄器)是物質(zhì)的容器。本領(lǐng)域中公知的微機(jī)電系統(tǒng)方法、微模 制及微機(jī)械加工技術(shù)可用以由各種材料制造該基底11以及隔室20。 合適的基底材料的例子包括金屬、陶瓷、半導(dǎo)體、可降解的和不可 降解的聚合物。對(duì)于體外設(shè)備應(yīng)用，通常優(yōu)選基底材料的生物相容 性。基底或其部分可以在使用前被包覆、封裝或以其它方式包含在 生物相容材料中?；?1可以是柔性的或剛性的。在一個(gè)實(shí)施例中， 基底11用于支持微芯片設(shè)備。在一個(gè)例子中，基底11由硅形成。 基底ll可以具有成形表面的多種形狀。例如，它可以具有釋放面， 即具有釋放機(jī)構(gòu)的區(qū)域，該釋放面是平面或曲面的。例如，物質(zhì)可以是選自圓盤(pán)、圓柱體或球體中的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，釋放面 可以被成形以符合彎曲的組織表面。這特別有利于將治療劑局部輸 送到組織表面。在另一實(shí)施例中，背面(釋放面的遠(yuǎn)端)被成形為 符合附著表面的形狀?；卓蓛H由一種材料組成，或者可以是復(fù)合 物或多層材料，即，由鍵合到一起的多層相同或不同的基底材料組 成。在本發(fā)明的設(shè)備10的圖2的示意性說(shuō)明中，本發(fā)明的設(shè)備10 包括用于每一隔室20的第一電極40和第二電極50。優(yōu)選地，第一 電極40和第二電極50不直接電連接，即它們被例如流體這樣的電 介質(zhì)基本互相隔離。這意味著由將第一和第二電極40、 50互相隔離 的材料產(chǎn)生的電阻來(lái)自足夠高的電阻率，在第一電極40和第二電極 50之間基本上不存在電流流動(dòng)。本發(fā)明的設(shè)備10還包括矩陣布置形式的隔室。此外，本發(fā)明的設(shè)備10包括多個(gè)行選擇線60和許多列 選擇線70。在此，以相互垂直的排列示出行選擇線和列選擇線，然 而，倘若以彼此不同的方向配置行選擇線和列選擇線，則諸如在六 角形或三角形柵格上的其它矩陣布置將也是可能的。出于示例性目 的，在圖2中明確示出了多個(gè)列選擇線60中的一個(gè)特定的列選擇線 61。因此，在圖2中示出了多個(gè)列選擇線70中的一個(gè)特定的列選擇 線71。圖2的特定的行選擇線61和列選擇線71限定在圖2中示出 的九個(gè)隔室20的矩陣布置中間的隔室20。這意味著通過(guò)選擇特定的 行選擇線61和列選擇線71，在矩陣布置中間的隔室被選擇以將其激 活。這意味著通過(guò)將恰當(dāng)?shù)碾娏魇┘咏o特定的行選擇線61和列選擇 線71，釋放機(jī)構(gòu)30會(huì)被移除或激活。為了清楚起見(jiàn)，在圖2中未示 出釋放機(jī)構(gòu)30，但其將與電極中的一個(gè)關(guān)聯(lián)。與此相反，在圖2中 示出用于驅(qū)動(dòng)行選擇線60的第一驅(qū)動(dòng)器65以及用于驅(qū)動(dòng)列選擇線 70的第二驅(qū)動(dòng)器75。而且，在圖2中也示出了用于控制物質(zhì)的釋放 的控制單元80。為利用特定的行選擇線61和列選擇線71限定特定 的隔室20，控制單元80控制第一驅(qū)動(dòng)器65和第二驅(qū)動(dòng)器75?？刂?單元80也控制不同的隔室20的連續(xù)激活。這意味著控制單元80， 例如控制不同隔室的釋放機(jī)構(gòu)30的打開(kāi)，以便例如藥物的濃度在治 療階段期間保持在最佳治療水平。由于對(duì)于不同的病人藥物的最佳 濃度不同，并且在治療期間需要藥物輸送系統(tǒng)非常靈活并提供近似 連續(xù)變化的藥物劑量。(這樣的系統(tǒng)可用于例如生理時(shí)鐘療法)這樣 的藥物釋放系統(tǒng)是可以利用本發(fā)明的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，控制單 元80或具有用于確定設(shè)備10的環(huán)境中的藥物的實(shí)際水平的傳感器 或?qū)⒃O(shè)備10耦合到這樣的傳感器設(shè)備(未示出)，以便傳感器設(shè)備 向控制器單元80發(fā)出使其增加或降低藥物釋放的信號(hào)，引起本發(fā)明 的設(shè)備的恰當(dāng)反應(yīng)，即控制單元80為了增加和減少隔室20內(nèi)部的 物質(zhì)的釋放激活第一驅(qū)動(dòng)器65和第二驅(qū)動(dòng)器75。為了使無(wú)源矩陣系統(tǒng)成功地操作，需要該物質(zhì)或藥物釋放機(jī)構(gòu) 顯示閾值特性，即相對(duì)于釋放信號(hào)至少顯示強(qiáng)的非線性特性。例如， 如果藥物輸送即打開(kāi)釋放機(jī)構(gòu)30是基于破壞隔室20的密封或破壞隔室20的釋放機(jī)構(gòu)30的電化學(xué)反應(yīng)，并且其中需要大約IV的電壓 來(lái)引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，則大約0.5V的電壓不足以引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)。例 如，第一電極和第二電極的任一個(gè)被設(shè)置為陰極，而第一電極和第 二電極的另一個(gè)用作陽(yáng)極。陽(yáng)極被定義為發(fā)生氧化的電極。任何能 夠在施加電流或電勢(shì)(電化學(xué)分解)時(shí)溶解到溶液中或形成可溶的 離子或氧化化合物的導(dǎo)電性材料，都能夠用來(lái)制造陽(yáng)極和陰極。此 外，如果例如陽(yáng)極附近的局部pH值改變使得氧化產(chǎn)物變成可溶的， 則能夠使用響應(yīng)于電勢(shì)而通常形成不可溶離子的氧化產(chǎn)物的材料。 合適的儲(chǔ)蓄器蓋材料的實(shí)例包括諸如銅、金、銀、鋅和一些聚合物。在圖2的實(shí)例中，通過(guò)將例如一0.5V施加給特定的行選擇線61 并且將+0.5V的電壓施加給特定的列選擇線71，能夠利用選擇一個(gè) 特定的行選擇線61和特定的列選擇線71來(lái)從許多隔室21中選擇一 個(gè)隔室20。這引起在一個(gè)特定的隔室20的第一電極40和第二電極 50之間施加足夠的電勢(shì)，該特定的隔室20在圖2中定位在隔室20 的矩陣布置的中間。這時(shí)，所選擇的隔室20的第一電極40和第二 電極50之間的電壓總計(jì)1V，從而引發(fā)藥物釋放。在其他隔室20中 的電壓因此保持在不能釋放藥物的電壓處。在釋放藥物或物質(zhì)之后， 行選擇線60和列選擇線70又設(shè)置為0V，這也與本發(fā)明的設(shè)備10 的閑置狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，從而節(jié)省電功率。在這個(gè)實(shí)例中，行電極或行 選擇線60可連接到第一驅(qū)動(dòng)器65，這能夠利用類(lèi)似于有源矩陣液晶 顯示器的柵驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)低電壓移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的電壓移 位寄存器能夠例如在0V和一0.5V之間切換。第二驅(qū)動(dòng)器75剛好可 以是標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，正如例如用于無(wú)源或有源矩陣液晶顯示 器，具有可為或0V或+0.5V電平的輸出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，也可以通過(guò)將釋放信號(hào)同時(shí)施加給 不止一行，即陣列中的不止一個(gè)特定的行選擇線61，從給定的行中 的不止一個(gè)隔室釋放藥物和物質(zhì)。此時(shí)，不同的隔室20被同時(shí)選擇 作為激活的，即通過(guò)移除釋放機(jī)構(gòu)或通過(guò)分解釋放機(jī)構(gòu)30作為被打 開(kāi)的。因此，也可以通過(guò)激活特定的行選擇線61并且將釋放信號(hào)施 加給陣列中的一個(gè)或多個(gè)列，同時(shí)或連續(xù)地從不同的列中的隔室20釋放藥物。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，藥物輸送機(jī)制，即用于打開(kāi)釋放機(jī)構(gòu)30的機(jī)制是基于加熱效應(yīng)，即對(duì)釋放機(jī)構(gòu)30進(jìn)行加熱來(lái)破壞所 選擇的隔室20的釋放機(jī)構(gòu)30。當(dāng)熱生成(heat generation)是第一 電極40和第二電極50之間所施加的電壓的二次函數(shù)時(shí)，釋放電壓 大約一半的電壓將僅供應(yīng)加熱隔室20所需要的熱量的25%，這不足 以破壞或打開(kāi)釋放機(jī)構(gòu)30。當(dāng)釋放機(jī)制，即封閉蓋30的打開(kāi)機(jī)制被設(shè)置為電化學(xué)反應(yīng)時(shí)， 第一電極40或第二電極50在釋放機(jī)構(gòu)30的附近可以例如被設(shè)置為 金層。第一電極40和/或第二電極50的另一個(gè)可以例如被設(shè)置為另 一個(gè)金屬化的電極。通過(guò)在第一電極40和第二電極50之間施加電 壓，金層或金蓋用作電化學(xué)反應(yīng)中的陽(yáng)極，并當(dāng)施加足夠高的電壓 時(shí)被溶解。當(dāng)移除金層或金蓋時(shí)，則或者由于封閉蓋30主要包括金 蓋也將封閉蓋30移除，或者金蓋的移除充分削弱了另一材料構(gòu)成的 釋放機(jī)構(gòu)30，使得如果移除金蓋則將破壞釋放機(jī)構(gòu)30?？傊?，在發(fā) 生電化學(xué)反應(yīng)之后，隔室20內(nèi)部的物質(zhì)或藥物被釋放且被允許擴(kuò)散 開(kāi)。在本發(fā)明的設(shè)備的這樣的實(shí)施例中，例如以硅片的形式提供基 底ll，該硅片包含作為微儲(chǔ)蓄器的隔室20，并且被蝕刻成硅基底?？商鎿Q的基底材料包括玻璃、金屬和聚合物。根據(jù)本發(fā)明的任一所描述的實(shí)施例的特征，基底11或芯片能夠 與電池和微處理器一起封裝或與控制單元一起封裝以完全自包含。 優(yōu)選地，控制單元80與具有隔室20的基底11單片集成。隔室20內(nèi)含物主要包括下述任意物體或材料，該物體或材料需 要與隔室20外部的環(huán)境隔離(例如被保護(hù))直到在需要釋放或暴露 該物體或材料時(shí)所選擇的時(shí)間點(diǎn)。在各種實(shí)施例中，隔室20內(nèi)含物 包括某一量的分子或特定的物質(zhì)或特定物質(zhì)的混合物。諸如催化劑 或傳感器的特定儲(chǔ)蓄器內(nèi)含物的合適功能通常不需要釋放隔室內(nèi)含 物。相反，在打開(kāi)釋放機(jī)構(gòu)30之后儲(chǔ)蓄器內(nèi)含物暴露到隔室20外 部的環(huán)境時(shí)，例如催化或感應(yīng)的它們期望功能發(fā)生。因此，催化劑 分子或感應(yīng)元件可以被釋放或能夠保持固定在開(kāi)著的隔室20中。諸如藥物分子的其它隔室內(nèi)含物可通常需要從隔室釋放，以便從設(shè)備 釋放并被輸送到體內(nèi)的部位而對(duì)病人發(fā)揮療效。然而，對(duì)于某些體 外應(yīng)用，可保留藥物分子。隔室20內(nèi)含物基本上可包括任何天然的 或合成的、有機(jī)的或無(wú)機(jī)的分子或其混合物。分子可以實(shí)質(zhì)上為任 何形式，例如純固體或液體、凝膠體或水凝膠、溶液或乳濁液、漿 液或懸浮液。感興趣的分子可以與其它材料混合以控制或增強(qiáng)打開(kāi)的隔室20的釋放速率和/或時(shí)間。在各種實(shí)施例中，分子可以是固體混合物的形式，包括非晶或晶體混合粉末、單一固體混合物、凍 干粉及固體互穿網(wǎng)絡(luò)。在其它實(shí)施例中，分子為液體形式，例如溶 液、乳濁液、膠狀懸浮液、漿液或如水凝膠的凝膠混合物。在圖3中示意性示出本發(fā)明的設(shè)備10中的隔室20的四種不同 布置。在設(shè)備10的第一實(shí)施例中(見(jiàn)圖3左上部)，所有隔室20具 有相同尺寸并以矩陣布置來(lái)設(shè)置。隔室20的尺寸限定了包含在隔室 20中的第一量的物質(zhì)?；蛘咚懈羰?0可以包含相同物質(zhì)或者第一 物質(zhì)可以定位在隔室20的第一組(未示出)中而第二物質(zhì)定位在隔 室20的第二組(未示出)中。在圖3示出的第二實(shí)例中(見(jiàn)圖3右上部)，示出了本發(fā)明的設(shè) 備IO，其中隔室20的第一組21具有預(yù)定的尺寸，允許包含第一量 的物質(zhì)。隔室20的第二組22包括比隔室20的第一組21大的隔室 20。因此，第二組22的隔室例如能夠包含第一量的兩倍的第二量的 物質(zhì)。當(dāng)然，第一和第二量的所有其他比例也是可以的。隔室20的 第三組23包括能夠包含第三量的物質(zhì)的隔室20。第三量例如為第二 量的兩倍和第一量的四倍。當(dāng)然，第三量也可以以關(guān)于第一和第二 量的不同比例提供。通過(guò)從隔室20的第一組21、第二組22或第三 組23選擇特定的隔室20，可以根據(jù)本發(fā)明僅通過(guò)只打開(kāi)一個(gè)單個(gè)隔 室20來(lái)釋放隔室20中的較高或較低數(shù)量或量的物質(zhì)。這具有以下 優(yōu)點(diǎn)，即尤其對(duì)于控制單元80可以非常容易地并且不費(fèi)力地控制釋 放不同量的物質(zhì)。在圖3中示出的本發(fā)明的本發(fā)明的設(shè)備10的第三實(shí)例中(見(jiàn)圖 3左下部)，示出具有隔室20的不同組21、 22、 23的隔室20的矩陣布置。在第三實(shí)例中的隔室20的布置可以與第二實(shí)例中(圖3右上 部)的隔室20的布置相比較。在第三實(shí)例中，矩陣布置的每個(gè)行中 的隔室的尺寸是相同的，然而通過(guò)改變不同列中的隔室20的尺寸， 實(shí)現(xiàn)隔室的不同組。與此相反，在第二實(shí)例(見(jiàn)圖3右上部)中， 每列的隔室尺寸相同，而不同行的隔室尺寸不同。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備10中的隔室20的矩陣布置的第四實(shí)例中， 限定有包含第一物質(zhì)的隔室20的第一區(qū)域25，且限定有包含第二物 質(zhì)的第二區(qū)域26。通過(guò)本發(fā)明的設(shè)備的隔室20的不同矩陣布置的給出的實(shí)例，可 以通過(guò)本發(fā)明的設(shè)備10使得以不同量和/或不同物質(zhì)劑量給藥非常 靈活。通過(guò)改變隔室20的大小，從而改變釋放的物質(zhì)的量，可以用較少數(shù)量的隔室而更靈活地輸送藥物。例如通過(guò)提供大小在1: 2: 4:8: 16等范圍中的隔室，以控制方式同時(shí)打開(kāi)一個(gè)或多個(gè)隔室20提 供大范圍劑量給藥是可能的。在輸送不止一種物質(zhì)的情況下(見(jiàn)圖3 的例4，右下部)，通常對(duì)于不同的藥物有不同的劑量給藥量。因此 將優(yōu)選具有隔室20的矩陣陣列的不同的段或區(qū)25、 26，具有根據(jù)將 要輸送的藥物按比例的更大或更小的隔室20。如在圖3 (右下部) 中所示出的那樣，這優(yōu)選通過(guò)均勻增加陣列中行選擇線60和/或列 選擇線70之間的間距而實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@樣充分利用了可用驅(qū)動(dòng)器65、 75，并降低了包括在的設(shè)備10中的元件的冗余。根據(jù)所需設(shè)備10 的復(fù)雜性，需要存儲(chǔ)器或移位寄存器來(lái)使所使用的隔室20和仍可用 的隔室20的狀態(tài)保持更新。這種存儲(chǔ)設(shè)備可有利地包括在設(shè)備10 的控制單元80中。
權(quán)利要求
1、用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備(10)，該設(shè)備(10)包括基底(11)中的隔室(20)的矩陣布置，每個(gè)隔室(20)由至少一個(gè)釋放機(jī)構(gòu)(30)封閉，至少一個(gè)第一電極(40)和至少一個(gè)第二電極(50)被分配給每個(gè)隔室(20)，該設(shè)備(10)包括多個(gè)行選擇線(60)和多個(gè)列選擇線(70)，所述隔室(20)的數(shù)目超過(guò)所述行選擇線(60)的數(shù)目和所述列選擇線(70)的數(shù)目的總和，每個(gè)第一電極(40)直接電連接到所述多個(gè)行選擇線(60)中的一個(gè)，而每個(gè)第二電極(50)直接電連接到所述多個(gè)列選擇線(70)中的一個(gè)，其中所述釋放機(jī)構(gòu)(30)具有閾值特性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，所述釋放機(jī)構(gòu)(30) 是時(shí)間釋放機(jī)構(gòu)(30)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，所述釋放機(jī)構(gòu)(30) 是封閉蓋。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，通過(guò)所述多個(gè)行 選擇線(60)中的一個(gè)特定的行選擇線(61)和所述多個(gè)列選擇線(70)中的一個(gè)特定的列選擇線(71)來(lái)限定每個(gè)隔室(20)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，所述隔室(20) 的數(shù)目處在所述行選擇線(60)的數(shù)目乘以所述列選擇線(70)的 數(shù)目的數(shù)量級(jí)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備(10)，其中，所述行的數(shù)目基 本上等于所述列的數(shù)目。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，隔室(20)的第一組(21)被提供用來(lái)包含第一量的第一物質(zhì)，而隔室(20)的第 二組(22)被提供用來(lái)包含第二量的第二物質(zhì)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備(10)，其中，所述第一量近似 為所述第二量的一半。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，通過(guò)將電勢(shì)施加 在所述第一電極(40)和所述第二電極(50)之間來(lái)操作所述隔室(20)的所述釋放機(jī)構(gòu)(30)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備(10)，其中，每個(gè)隔室(20) 的所述第一電極(40)和所述第二電極(50)彼此電絕緣。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備(10)，其中，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng) 來(lái)激活所述釋放機(jī)構(gòu)(30)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備(10)，其中，通過(guò)對(duì)所述釋放 機(jī)構(gòu)(30)進(jìn)行加熱來(lái)激活所述釋放機(jī)構(gòu)(30)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備(10)，其中，所述設(shè)備(10) 包括用于控制所述物質(zhì)的釋放的控制單元(80)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備(10)，其中，所述隔室(20) 的數(shù)目至少為100。
15、 一種用于利用包括基底(11)中的隔室(20)的矩陣布置 的設(shè)備(10)從隔室(20)可控地釋放預(yù)定量的物質(zhì)的方法，每個(gè) 隔室(20)由至少一個(gè)釋放機(jī)構(gòu)(30)來(lái)封閉，將至少一個(gè)第一電 極(40)和至少一個(gè)第二電極(50)分配給每個(gè)隔室(20)，所述設(shè) 備(10)包括多個(gè)行選擇線(60)和多個(gè)列選擇線(70)，所述隔室(20)的數(shù)目超過(guò)所述行選擇線(60)的數(shù)目和所述列選擇線(70)的數(shù)目的總和，該方法包括如下步驟- 將所述隔室(20)的第一電極(40)直接電連接到所述多個(gè)行 選擇線(60)中的一個(gè)；- 將所述隔室(20)的第二電極(50)直接電連接到所述多個(gè)列 選擇線(70)中的一個(gè)；- 通過(guò)所述多個(gè)行選擇線(60)中的一個(gè)和所述多個(gè)列選擇線(70) 中的一個(gè)，將預(yù)定閾值以上的電勢(shì)施加在所述第一電極(40)和所 述第二電極(50)之間。
16、根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，不止一個(gè)隔室(20) 同時(shí)釋放所述物質(zhì)。
全文摘要
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于控制釋放預(yù)定量的物質(zhì)的設(shè)備(10)以及一種用于從隔室可控地釋放預(yù)定量的物質(zhì)的方法。該設(shè)備包括基底中的隔室(20)的矩陣布置，每個(gè)隔室由至少一個(gè)釋放機(jī)構(gòu)封閉，將至少一個(gè)第一電極(40)和至少一個(gè)第二電極(50)分配給每個(gè)隔室，該設(shè)備包括多個(gè)行選擇線(60)和多個(gè)列選擇線(70)，隔室的數(shù)目超過(guò)行選擇線的數(shù)目和列選擇線的數(shù)目的總和，每個(gè)第一電極直接電連接到多個(gè)行選擇線中的一個(gè)，而每個(gè)第二電極直接電連接到多個(gè)列選擇線中的一個(gè)。
文檔編號(hào)A61M31/00GK101217995SQ200680024491
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者M·T·約翰遜, R·庫(kù)爾特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司