CN101426474A

CN101426474A - 用于物质的受控释放的装置和释放物质的方法

Info

Publication number: CN101426474A
Application number: CNA2007800146251A
Authority: CN
Inventors: G·朗戈埃斯; V·P·约尔丹诺夫; M·P·B·范布吕根; H·C·克里金森
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2009-05-06
Also published as: WO2007122552A2; JP2009535082A; US20090099553A1; WO2007122552A3; EP2012748A2

Abstract

本发明提供一种用于物质的受控释放的装置和一种用于可控地从隔间释放物质的方法。所述装置包括位于基板中的多个隔间，每个隔间由至少一个释放机构关闭，其中，释放机构被设置成可打开的、且可再关闭的。

Description

用于物质的受控释放的装置和释放物质的方法

技术领域

本发明涉及一种用于物质的受控释放的装置。本发明还涉及一种用于可控地从隔间释放物质的方法。

背景技术

在科学和工业的许多不同的领域，将少的精确量的一种或多种化学物质准确地给送到载送流体中是非常重要的。医学中的示例包括通过静脉方法、肺部或吸入方法或通过从血管支架装置释放药物而向患者给药。诊断中的示例包括向流体中释放反应物，以进行DNA或基因分析、组合化学分析或对环境样本中的特异性分子进行检测。关于向载送流体给送化学物质的其他应用包括从装置释放香气或治疗香物和将调味剂释放到液体中，以生产饮料制品。

用于受控地释放预定量的物质的装置通常是公知的。例如，美国专利申请US2004/0034332A1公开了一种用于受控地给药的可植入的装置，所述装置包括微片，所述微片具有包含待释放的分子的储存器。微片装置包括基板、位于基板中的用于容纳待释放的分子的至少两个储存器、和定位在储存器的一部分上或一部分内且位于分子上方的储存器帽，使得分子通过扩散经过储存器帽或在储存器帽分解或破裂时可控地从装置释放。单个微片的储存器中的每个储存器可容纳不同的分子，它们可独立释放。现有装置的一个缺点是，储存器帽被烧掉，从而，移除的材料终止于人体中。而且，在通常是膜的储存器帽的附近，在储存器帽被烧掉时，温度相当高。这可能会损害待释放的物质，特别是在由于医疗原因要给送药物的情况下。另一缺点是，储存器的打开是不可逆的，即它一旦打开，它就不能再次关闭。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于物质的受控释放的装置，其可更灵活地使用。

上述目的通过根据本发明的用于物质的受控释放的装置和方法实现，其中，所述装置包括位于基板中的多个隔间，每个隔间通过至少一个释放机构被关闭，其中，释放机构被设置成可打开的、且可再关闭的。

根据本发明的装置的一个优点在于，可实现一种基于多个单独的药物释放隔间的受控的物质或药物给送系统，其中，这种装置具有宽的应用范围，且其中控制要求、制造要求，以及因此装置的成本被降低。根据现有技术，隔间要么关闭要么完全打开。因此，不具有隔间仅部分打开的中间状态，也不具有再关闭隔间的可能性。

本发明的另一优点在于，借此，诸如外用给药系统(贴片)、可植入给药系统或口服给药系统(药丸)的应用是可能的。根据本发明的给药系统可应用于单种药物的给送，而且也可有利地应用于这种系统，其中，多种不同的药物可从相同的隔间配置或相同的装置施加。

根据本发明，非常优选的是，释放机构设置成可部分打开。因此，可实现隔间中物质的所谓的基本释放速率，其中，这种基本释放速率低于隔间完全打开时的常规(或大剂量)释放速率。这对例如糖尿病的专门治疗可能极其有益，其中，基本速率和大剂量速率的使用是非常有用的。另一示例是镇痛，其在一天的所有时间具有低的恒定量的镇痛药剂(基本速率)，在疼痛感加剧时，致动阀(大剂量)。

此外，优选的是，释放机构至少包括第一材料和第二材料，第一材料具有第一热膨胀系数，第二材料具有第二热膨胀系数，其中，当加热和/或冷却第一和第二材料时，使得隔间打开和/或关闭。因此，可实现一种非常稳定和可靠的装置，所述装置能够借助于温度的改变重复被致动。

而且，优选地，所述装置包括用于加热和/或冷却释放机构的部件。因此，例如通过电阻器或热电偶元件以简单的方式致动装置是可能的。

根据本发明，非常优选的是，释放机构被设置为覆盖多个隔间中的至少一个隔间或多个隔间中的至少一个隔间的开口的盖。因此，可通过一种非常容易制造的构造形式实现本发明的优点。尤其是，非常容易地提供一种作为释放机构的盖和使得第一和第二材料作为盖的一部分。

而且，优选的是，盖包括固定到基板的第一部分、和可相对于基板移动的第二部分。因此，可使盖或盖的至少一部分类似阀运动。

而且，优选的是，盖或释放机构包括密封结构，使得密封结构在盖的第二部分相对于基板运动时被破坏。密封结构非常有利地被设置，以确保隔间在使用前紧密封闭。因此，在隔间的制造与要被释放的物质的使用之间不会有物质丢失。

根据本发明，另外，非常优选的是，密封结构是基板与第一和/或第二材料之间的密封层或密封层的至少一部分。因此，可选择惰性或绝缘材料容纳物质、尤其是药物，使得物质没有污染的危险。

此外，优选的是，密封结构是第一和/或第二材料的一部分。因此，可实现成本非常低的装置，而且所述装置可非常容易和快速地制造。

而且，优选的是，盖包括用于加热和/或冷却盖的部件。因此，可非常容易和非常快速地致动盖。

在本发明的另一实施例中，优选的是，用于加热和/或冷却盖的部件仅设在盖的第一部分上。这具有的优点是，用于加热和/或冷却的部件在盖的第二部分的运动过程中不弯曲。

根据本发明，还优选的是，用于加热和/或冷却盖的部件设在盖的第二部分上或设在盖的第一部分及第二部分上。因此，可非常有效地向第一材料和第二材料之间的接合面施加热量或降低温度。

此外，优选的是，要通过用于加热和/或冷却盖的部件施加的温度差是至少10摄氏度、优选至少20摄氏度。这使得盖即使在局部或较小的温度峰值的情况下也能够保持关闭，从而，使得隔间即使在运输或被以其他方式处理时也能保持关闭。

在本发明的又一优选实施例中，提供第一组隔间，用于容纳第一种量的第一物质，且提供第二组隔间，用于容纳第二种量的第二物质。根据本发明的装置的优点在于，在本发明装置的结构中可实现非常灵活的物质释放机制。例如，可提供尺寸不同的隔间，从而能够包含不同体积的待释放物质。例如，如果在给定时刻要释放较大量的物质，装置可被相应地控制，打开具有合适尺寸的隔间，从而合适体积的物质被释放。也可从一定数量的较小隔间释放相同量的物质，这具有相同效果。当然，从单个隔间释放合适量的物质更容易控制，因此使根据本发明的装置更小、更轻、成本更低。相应地，第一和第二物质可不同或相同。一种提高释放物质例如药物等的灵活性的方法是，在装置上的不同隔间中提供多种不同的物质或不同的物质混合物，其中不同隔间的尺寸是相同的或不同的。因此，可在一天中或在另一时段内可控地向患者交替释放例如两种不同的药物。可选地，也可例如通过提供不同尺寸的隔间和在不同尺寸的隔间中提供不同的物质进一步提高本发明的装置的使用灵活性。根据本发明，优选的是，第一种量大约是第二种量的一半。因此，也可使第一组隔间具有第一容积或包含第一种量的物质，第二组隔间分别包含第一种量两倍的物质，第三组隔间包含第一种量四倍的物质，第四组隔间包含第一种量八倍的物质。因此，更进一步提高了释放一种或多种物质的灵活性。

本发明的进一步的实施例设有控制单元，用于控制物质的释放。进一步优选的是，第一数目是至少10个、优选至少100个、更优选至少1000个、再优选至少10000个隔间。隔间可通过微量吸管或喷墨印刷技术或总体上在基板背侧密封之前从背后充填(仅用于隔间中的分子均相同的情况)。

本发明还包括一种利用装置用于从隔间可控地释放物质的方法，所述装置包括位于基板中的多个隔间，每个隔间通过至少一个释放机构被关闭，其中，释放机构被设置成可打开的、且可再关闭的，所述方法包括以下步骤：

-向释放机构施加致动信号，从而，打开释放机构。

因此，可以非常迅速、容易控制的方式可控地释放指定量的物质。而且，仅需要施加用于打开释放机构的能量。

在根据本发明的方法的优选实施例中，致动信号使得加热和/或冷却释放机构，优选地，施加给释放机构的温度差是至少10摄氏度、优选至少20摄氏度。因此，本发明的装置的控制可非常简单地仅使用非常小的能量即可实施。

在根据本发明的方法的优选实施例中，一个以上的隔间同时释放物质。这可能意味着，一个以上的隔间同时打开，且对于这些隔间中的每个隔间来说，释放物质或药物的时间此时是共同的。可选地，也可使多个隔间顺序打开，使得它们的释放时间(通常比打开指定的隔间所需的时间长很多)重叠，且通过一个以上的隔间的物质释放是可能的。因此，可非常灵活地控制物质的释放。

本发明还包括一种制造本发明装置的方法，所述本发明的装置利用其从隔间可控地释放物质，且所述装置包括位于基板中的多个隔间，每个隔间通过至少一个释放机构被关闭，其中，释放机构被设置成可打开的、且可再关闭的，所述方法包括以下步骤：在基板上沉积或产生第一材料和第二材料，用于形成释放机构。

因此，可以非常快速和低成本的方式制造本发明的装置。

附图说明

下面，结合示例性地说明本发明的原理的附图进行详细描述，可使本发明的这些和其他特性、特征和优点变得显而易见。所作的描述仅是作为示例给出的，不是限制本发明的范围。下面所引用的参考图是指附图。

图1和2示意性地示出了根据现有技术的装置100，图中大体上示出了这种类型的装置的结构；

图3至5示意性地示出了本发明的装置10的一部分的两个实施例；以及

图6和7示意性地示出了用于制造根据本发明的装置的不同方法。

具体实施方式

下面将参看特殊的实施例和某些附图描述本发明，但本发明并不局限于此，而是仅由权利要求书限制。所描述的附图仅是示意性的，而不是限制性的。在附图中，为了说明目的，一些元件的尺寸可能被扩大，不是按照比例绘制的。

在当提到单数名词时所使用的不定冠词或定冠词，例如“一个”和“这个”的情况下，它包括复数名词，除非特别强调以外。

而且，说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于区别类似元件，而不必用于描述顺序或次序。可以理解，在合适的情况下所使用的术语是可互换的，且在此描述的本发明的实施例能够以不同于在此所述或所示顺序的其他顺序操作。

而且，说明书和权利要求中的术语“上”、“下”、“上方”、“下方”等用于描述目的，而不必用于描述相对位置。可以理解，在此所使用的术语在合适的情况下是可互换的，且在此描述的本发明的实施例能够以不同于在此所述或所示方位的其他方位操作。

应当注意，在本说明书和权利要求书中所使用的术语“包括”不应解释为限制于随后所列的措施；它没有排除其他元件或步骤。因此，表述“一种包括A和B的装置”不应限制为仅由构件A和B组成的装置。就本发明而言，这意味着仅装置的相关构件是A和B。

在图1和2中，示意性地示出了根据现有技术的现有装置100。现有装置100包括基板11，多个隔间20位于所述基板中。隔间20通过释放机构30、尤其是封盖30封闭。从图1还可看出，具有延伸到每个隔间20或至少延伸到或靠近每个释放机构30的电极线。该连接线在图1中未以附图标记表示。现有装置100还包括电极区域110。图2示出了未被致动的释放机构30的情况以及用于消散或释放物质、尤其是药物的被致动(或“被吹动”)的释放机构30或封盖30的情况。

在图3至5中，示出了根据本发明的两个实施例的本发明装置10的一部分的示意性图示。在图3至5中，为了简单起见，仅示出了一个隔间20，但显而易见的是，本发明的装置10包括多个隔间20，例如，至少100个隔间、优选至少1000个隔间、最优选至少10000个隔间。与现有技术装置相当，装置10在基板11中包括隔间20。基板11是结构体，在所述结构体中形成隔间20，例如，它包括蚀刻、机加工或模制的隔间20。隔间20(以下也称作储存器)是物质所用的容器。现有技术中所公知的微机电系统方法、微成型和微机加工技术可用于由多种材料制作基板11以及隔间20。合适的基板材料的示例包括：金属、陶瓷、半导体、可降解或不可降解的聚合物。对于人造环境装置应用场合，基板材料的生物兼容性通常是优选的。在使用前，基板或其多个部分可涂覆、包覆或以其他方式包含在生物兼容性材料中。基板11可以是柔性或刚性的。在一个示例中，基板11由硅或其他半导体材料形成。对于成形表面，基板11可具有多种形状。例如，它可具有平坦或弯曲的释放侧，即具有释放机构的区域。基板的形状例如可从圆盘、圆柱体或球体中选择。在一个实施例中，释放侧可被成形为与弯曲组织表面相符。对于将治疗药剂局部释放到所述组织表面来说，这特别有利。在另一实施例中，背侧(释放侧的远侧)被成形为与附装表面相符。基板11可仅包括一种材料，或可以是复合材料或多叠层材料，即由粘接在一起的多层相同或不同的基板材料层构成。

在图3中，示出了作为根据本发明的装置10的部件的单个隔间20。隔间20位于具有释放机构30的基板11中。释放结构30被形成为覆盖隔间20的一个开口20’的盖30(在装置10的释放侧)。隔间20可在基板11的另一侧(释放侧的远侧)设有第二开口。该第二开口通常关闭，且仅在为了向隔间20充填将由本发明的装置10释放的物质时打开。盖30包括第一材料31和第二材料32。两个材料31和32沿着接合面31’或接触表面31’面向彼此。根据本发明，第一材料31与第二材料32具有不同的热膨胀系数。第一和第二材料31、32的叠放体的加热将导致第一和第二材料31、32的叠放体的弯曲。这使得可在隔间20的开口20’处实现阀机构或释放机构30。当温度差应用于封盖30时，第一和第二材料31、32的弯曲可被控制，因此，可实现隔间20的开口20’的打开或关闭。在隔间20内具有要以良好的受控方式释放的物质、优选药物或另一物质。

在图4和5中，具有根据本发明的装置10的封盖30或盖的两个不同的实施例。盖30包括相对于基板11固定(图4和5中未示出)的第一部分33、和可相对于基板11移动的第二部分34。为了向盖30施加温度差，优选设置用于加热和/或冷却释放机构30的部件。这种用于加热和/或冷却的部件以附图标记35表示。在第一实施例(图4所示)中，用于加热和/或冷却的部件35仅位于释放机构30的第一部分33中。在本发明的第二实施例(图5所示)中，用于加热和/或冷却的部件35还位于释放机构30的第二部分34中。此外，用于加热和/或冷却的部件35具有接触路径，所述接触路径也位于用于加热和/或冷却的部件35的第一部分31中。

在图6和7中，示出了制造根据本发明的装置的不同方法的示意性图示。

在图6中，示出了装置10的制造方法的第一个示例。在第一步骤(参看图6a)中，在用于形成基板11、优选硅基板或更通常地讲是半导体基板的材料上，尤其通过LPCVD方法沉积氮化硅层(Si₃N₄)。该层为盖30的用于加热和/或冷却的部件35的电极以及为第一和第二材料31、32产生DC绝缘。该绝缘层以附图标记37表示。第一材料31和第二材料32沉积在绝缘层37上。例如，第一材料可以是铝层，第二材料可以是金层。用于加热和/或冷却的部件尤其可借助于钨电阻元件或铂电阻元件设置在第二材料32的顶部上。铝的热膨胀系数是22×10^-6K^-1。金的热膨胀系数是14×10-6K-1。钨的热膨胀系数是4.5×10^-6K^-1。铂的热膨胀系数是8.9×10^-6K^-1。在图6b示出的第二步骤中，隔间20的容腔从基板11的背侧(开口20’的释放侧的远侧)通过使用各向同性和/或各向异性的蚀刻步骤、或者通过使用各向同性然后再各向异性的蚀刻步骤被蚀刻。该蚀刻步骤或这些蚀刻步骤例如可通过在基板11的背侧上的氮化硅掩膜(未示出)实施。最后，阀或盖30在步骤3(参看图6c)从背侧通过氮化矽蚀刻(Nitride etching)步骤释放。

因此，在阀或盖30与基板11之间实现了小的间隙，这可能会导致物质的泄漏。为避免这种问题，材料的叠放体应选择成使盖30由于不同材料层中的应力差异向下向着基板11推动。可选地，可在盖30与基板11之间提供弱的残留连接(例如，在绝缘层37中，此时充当密封结构36)，所述残留连接在盖被致动时遭到破坏。在这种情况下，所述系统是不可逆的(相对于密封结构36)。残留连接也称作密封结构36，且位于盖30的可移动的端部(第二部分34)附近。在图6c中，仅用箭头指向这种密封结构36的位置。

在图7中，示出了装置10的制造方法的第二示例。在该过程中，SQI-晶片(硅绝缘体)用作基板11。上多晶硅层11’至少部分地用作第一材料31，而中间氧化硅材料用作绝缘层37。两者均位于SQI基板的一侧，这在图7a中示出。

在图7b中，二氧化硅层施加到SQI晶片上。二氧化硅用作第二材料32。SQI晶片上的二氧化硅层可通过沉积或通过对SQI晶片的多晶硅层11’的一部分进行热氧化实现。后一可选方案示于图7b中，其中，SiO₂层形成第二材料32，多晶硅层11’的其余部分形成第一材料31。在二氧化硅层32的顶部沉积加热元件35，以实现用于加热和/或冷却盖30的部件，如图7c所示。在图7d中，示出了隔间20从基板11的背侧的产生。在此，氧化硅中间层(绝缘层37)用作蚀刻阻止层。

根据本发明，也可提供相对于第一材料31电绝缘的第二材料32，从而既充当第二材料32又充当加热元件35。根据本发明，也可提供第一和第二材料31、32作为加热元件。此外，如果第一材料31被提供为绝缘的，且如果基板11材料也被提供为绝缘的，也可使第一材料充当绝缘材料。

Claims

1.一种用于物质的受控释放的装置(10)，所述装置(10)包括位于基板(11)中的多个隔间(20)，每个所述隔间(20)通过至少一个释放机构(30)被关闭，其中，释放机构(30)被设置成可打开的、且可再关闭的。

2.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，释放机构(30)被设置成可部分打开的。

3.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，释放机构(30)至少包括第一材料(31)和第二材料(32)，第一材料(31)具有第一热膨胀系数(41)，第二材料(32)具有第二热膨胀系数(42)，当加热和/或冷却第一和第二材料(31，32)时，使得隔间(20)打开和/或关闭。

4.如权利要求3所述的装置(10)，其特征在于，装置(10)包括用于加热和/或冷却释放机构(30)的部件(35)。

5.如权利要求3所述的装置(10)，其特征在于，释放机构(30)被设置为覆盖多个隔间(20)中的至少一个隔间的盖(30)。

6.如权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，盖(30)包括固定到基板(11)的第一部分(33)、和相对于基板(11)可移动的第二部分(34)。

7.如权利要求6所述的装置(10)，其特征在于，盖(30)包括密封结构(36)，使得密封结构(36)在盖(30)的第二部分(34)相对于基板(11)运动时被破坏。

8.如权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，密封结构(36)是位于基板(11)与第一和/或第二材料(31，32)之间的密封层(36)。

9.如权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，密封结构(36)是第一和/或第二材料(31，32)的一部分。

10.如权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，盖(30)包括用于加热和/或冷却盖(30)的部件(35)。

11.如权利要求10所述的装置(10)，其特征在于，用于加热和/或冷却盖(30)的部件(35)仅设在盖(30)的第一部分(33)上。

12.如权利要求10所述的装置(10)，其特征在于，用于加热和/或冷却盖(30)的部件(35)设在盖(30)的第二部分(34)上或设在盖(30)的第一部分(33)及第二部分(34)上。

13.如权利要求10所述的装置(10)，其特征在于，要通过用于加热和/或冷却盖(30)的部件(35)施加的温度差是至少10摄氏度。

14.如权利要求10所述的装置(10)，其特征在于，要通过用于加热和/或冷却盖(30)的部件(35)施加的温度差是至少20摄氏度。

15.一种利用装置(10)用于从至少一个隔间(20)可控地释放物质的方法，所述装置(10)包括位于基板(11)中的多个隔间(20)，每个隔间(20)通过至少一个释放机构(30)被关闭，其中，释放机构(30)被设置成可打开的、且可再关闭的，所述方法包括以下步骤：

-向释放机构(30)施加致动信号(45)，从而，打开释放机构(30)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，致动信号(45)提供释放机构(30)的加热和/或冷却。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，施加给释放机构(30)的温度差是至少10摄氏度。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，施加给释放机构(30)的温度差是至少20摄氏度。

19.一种制造用于物质的受控释放的装置(10)的方法，所述装置(10)包括位于基板(11)中的多个隔间(20)，每个隔间(20)通过至少一个释放机构(30)被关闭，其中，释放机构(30)被设置成可打开的、且可再关闭的，所述方法包括以下步骤：

-在基板(11)上沉积或产生第一材料(31)和第二材料(32)，用于形成释放机构(30)。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，绝缘层(37)和/或用于加热和/或冷却的部件(35)沉积或形成在第一和第二材料(31，32)的下方和/或上部。