CN105683720A - 具有模块化微流体通道的流量传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于从容器引导液体的模块化微流体通道结构包括用于监测与流过其中的液体相关的参数(例如流速或压力)的传感器。微流体通道通常包括热绝缘基体，所述热绝缘基体由例如玻璃、熔融石英、聚对二甲苯、和/或硅树脂的一种或多种材料构成。

Description

具有模块化微流体通道的流量传感器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在2013年4月22日提交的美国申请No.61/814,645和在2013年11月1日提交的美国申请No.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
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
对越来越小的泵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泵组件(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。
药物配给的监测和控制在任何情况下都是很关键的。在植入式药物泵中尤为关键，而内科医生通常不能密切监测植入式药物泵。因此，泵必须包含足够的自主保障措施以确保正确的给药以及对泵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。
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
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泵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泵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泵送。根据本文的流量传感器精确地测量小于100μL/min的流速。在一些实施例中，流速被精确地测量为低于20μL/min。在其他实施例中，流速被精确地测量为低于2μL/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。
因为流量传感器能够用作植入式药物泵的组件，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。
在多个实施例中，本发明提供了用于植入式药物传送泵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。
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。
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。
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10μm到大约100μm的范围内，以及开口的最长的维度在50μm到1mm的范围内。
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。
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。
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。
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。
在一些实施例中，使用电化学工艺筛选缺陷。
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。
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
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：
图1A、1B和1C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；
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；
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
图3是图1A和1B所示的实施例中的流体路径的特写剖视图；
图4示出本发明的实施例中的机械锚定结构的创建；
图5A和5B是包含侧室和/或围栏以控制粘合剂毛细作用(wicking)的囊袋结构的平面视图；
图6示意性地示出本发明实施例的流体通道内的过滤器结构；以及
图7示意性地示出促进缺陷筛选的制造技术。
具体实施方式
1.基本结构和操作
首先参照图1A-1C，其示出根据本发明的具有微流体通道的流量传感器100。流量传感器100包括基体110、生物相容性聚合物(例如聚对二甲苯)层115、电介质层118(参见图4)、中间层120和覆盖物125。如在图1C中被最佳观察到的，其示出基体110的表面，该基体包括一系列表面电阻元件，代表性地在127处指示。电阻元件127电连接至多个接触片130，其促成与流量传感器100的电连接。电阻127和接触片130可以全部被镀到或者以其他方式沉积到(例如通过热或电子束蒸发，或者通过任何其他合适的沉积技术)基体110的表面上。电阻元件127被置于通道区域132内。
通过聚对二甲苯层115中的开口137在设备100中形成微流体通道。开口137的壁形成井，以及中间层120提供井上的顶。虽然在图中示出大体矩形的开口137，但这决非必须的；开口可以是任何合适的形状。例如，如下文所述，开口可以朝向各自的端部展开。开口137的壁的高度，即聚对二甲苯层115的厚度，典型地是20μm。在一些实施例中，电介质层118的厚度在10μm至100μm的范围内。典型的通道长度为150μm。在一些实施例中，通道长度在50μm和1mm的范围内。电介质层118将电阻元件127的不在开口内的部分与流体电隔离；因此，电介质层118的完整性在药物泵中是关键的，因为药物溶剂、生物缓冲液和体液全部是高度离子化的并且因此是导电的。用于电介质层118的合适的材料包括碳化硅、氮化硅、二氧化硅、碳氮化硅和羰基硅。层118可以是由两层或更多层任何前述材料构成的多层电介质结构。
中间层120典型地为平面并且被成形为符合(并对齐)覆盖物125和/或下面的元件，即，电介质层118和/或基体110。为了对齐目的，中间层120可以包含夹具(jig)和相应的对齐槽或孔。中间层120和覆盖物125可以由各种生物相容性材料构成，例如聚对二甲苯和/或硅树脂。
当中间层120和覆盖物125接合时，它们可以形成流体地连接至通道132的流量限制器。层120包括通过它的至少两个开孔1401、1402。这些开孔彼此分隔，以使得当中间层120接合至聚对二甲苯层115时，每个开孔在开口137的相对的端部处的一部分之上；在一些实施例中，开孔彼此分隔以使得几乎跨越通道132。相对于通道尺寸以及中间层120厚度的开孔的直径决定了流量限制的程度。在一些实施例中，可以有许多开孔140，其减少了流量限制，但是实际上形成了多孔膜以用作防止进入流体中的大的颗粒或聚合体进入微流体流量通道的过滤器。这减小了在流量传感器和例如检查阀的流体下游组件上的不需要的积累，延缓或减轻了诸如传感器漂移和损害的阀功能的问题。
如图3所示，开孔140分别位于形成在覆盖物125中的囊袋或容器1451、1452之下。囊袋145牢固地容纳流体通道中的套管或者其他管，以使得在操作时，流体从入口套管通过开孔1401流入流体通道134，经过电路135，从开孔1402流出以被容纳在囊袋1452中的出口套管接收。由于下文结合制作讨论的原因，图1A-1C所示的实施例可以由聚对二甲苯构成，而在下文更详细讨论的图1D所示的实施例可以由硅树脂构成。
未在图1A-1D中详细示出的是传感器电路135，其电连接至接触片130并且定位于电阻元件127的流体上游或下游，并且最终电连接至控制电路，该控制电路用于根据来自传感器电路的信号确定流速。合适的传感器和流量电路是本领域已知的，并且例如在2009年5月8日提交的美国申请No.12/463,265中描述，其全部内容通过引用包含在本发明中。流量传感器可以是例如渡越时间传感器，其包含任意合适的传感器类型，例如诸如温度传感器、电化学脉冲传感器和/或压力传感器。
在一个实施例中，传感器135是热流量传感器。根据本发明的热流量传感器可以包括与流体通道物理关联的单个传感器元件，其既用作加热器又用作温度传感器。可替代地，热流量传感器可以包括与流体通道物理关联的加热器和多个独立的温度传感器元件。可以应用改变流体通道内的加热器和温度传感器的方位(上游和下游布置)的各种配置中任意一种。另外地，根据不同的配置，测量参数可以不同。例如，多个传感器允许包括差分温度测量和定向流体流量测量的额外的细微差别。这种变化允许更好的灵敏度和可能的对环境温度波动的补偿，环境温度波动可能对微流体通道的选择区域有不同的影响。
在多个实施例中，合适的控制电路(未示出)使得离散的功率脉冲被施加至加热器，这产生通过一个或多个传感器元件测量的热脉冲。热脉冲通过扩散(不依赖于流速)和对流(依赖于流速)传播至传感器元件。热脉冲与局部加热成比例地增加每个传感器的电阻，电阻可以通过控制电路来检测。一种电路选择是将传感器接线至由恒定电压供能的惠斯通(Wheatstone)电桥的不同的臂内；电桥的输出连接至差分放大器以产生与通过传感器上的微流体通道的体积流速成比例的信号。
图2A-2D示出了示例性传感器配置。参照图2A，热流量传感器包括一个加热器(H)和位于加热器下游的单个温度传感器TS1。在该实施例中，控制电路为上游加热器供电以加热流过加热器的流体，并且随着越来越高的向前流速，下游温度传感器感测的温度增加。更具体地说，随着在通道132中流动的流体的越来越高的向前流速，被加热的流体在到达下游热传感器之前具有较少的时间耗散热量。此外，虽然未示出，流体通道132之外的另一温度传感器可以被控制电路使用以补偿环境温度波动。
图2B所示的配置使用单个加热器H、位于加热器下游的第一温度传感器TS1、和位于加热器上游的第二温度传感器TS2。再一次，控制电路给加热器供电。两个温度传感器的使用允许定向流量感测。例如，随着向前的流量(即，在图2B的流动箭头方向上的流量)，被下游温度传感器TS1测量的温度将增加，而被上游温度传感器TS2测量的温度将减小。对于反向流量(即，在流动箭头的相反方向上的流量)，情况是相反的。此外，虽然未示出，流体通道132之外的另一温度传感器也可以被控制电路使用以补偿环境温度波动。
在另一种方法中，渡越时间流量传感器在通道132内流动的流体中产生示踪物脉冲，然后测量该脉冲经过某一距离所需的时间。该被测量的时间被定义为“渡越时间”并且对应于线性流体速度，其可以被转换成体积流速。图2C所示的实施例使用加热液体的脉冲作为示踪物。渡越时间的幅度依赖于加热器和温度传感器的间距，以及流体通道132的尺寸。在图2D所示的实施例中，应用电化学脉冲作为示踪物。在该实施例中，可以使用一对电极检测电化学脉冲。
参照图2C，渡越时间流量传感器包括单个加热器H和位于加热器下游的两个或更多个温度传感器TS1、TS2。此外，控制电路可以给加热器施加离散的功率脉冲。随着所产生的流体的热脉冲在流动箭头的方向上向下游行进，它首先被第一温度传感器TS1检测，然后被第二温度传感器TS2检测。功率脉冲的产生和通过相应的下游温度传感器对所产生的热的流量脉冲的检测之间的延迟时间中的每一个都可以用作流速的指示。此外，在热脉冲通过第一温度传感器和随后通过第二温度传感器之间的延迟时间也可以用于确定流速。此外，多个下游温度传感器的使用允许流量传感器的范围扩展，因为更靠近加热器的温度传感器更适合于较慢的流速(因为热脉冲在到达更下游的传感器之前可能从流体耗散)，而更下游的温度传感器更适合较快的流速(因为热脉冲在其到达那些更下游的传感器时很有可能仍在流体中存在)。
在图2D所示的配置中，渡越时间流量传感器包括上游电极E1、E2和两个下游电极E3、E4。每个电极可以与通道132中流动的流体接触。在该实施例中，控制电路可以使用两个上游电极E1、E2在流体中产生电化学脉冲。更具体地说，离散的电压脉冲可以施加在上游电极E1、E2上，从而电化学地改变这些电极附近的流体。一般地，这些电化学改变是流体的离子浓度或PH值的小的改变。电化学脉冲之后可以随着流体流动行进至下游并且被两个下游电极E3、E4检测。特别地，控制电路可以测量下游电极上的阻抗。在一个实施例中，为了防止电解，使用AC阻抗测量。阻抗的改变表示存在电化学脉冲。脉冲产生和电化学脉冲的下游检测之间的时间延迟是渡越时间。同样地，当流速增加时，渡越时间减小。
2.制作
当前以与本发明的实施例相关的尺度的制作技术通常以连续的制作步骤在晶片级别上实施，这会耗费大量的时间。本文的实施例仅使用能够被有效完成的两个主要步骤。第一步是平面晶片的制作以创建基体110。第二步是创建通道壁和顶的通道制作。这种分段制作过程为整个组装赋予灵活性和高效性。此外，其消除了潜在的制作瓶颈并且促进可交换组件(例如，具有例如流量传感器、压力传感器、检查阀、过滤器等集成功能组件的基体)的使用。所产生的装配线模块化以及容易改变微流体通道的角度、形状和高度有助于高效、灵活的制作和较低的相关成本。
如上说明的，流量传感器是在例如玻璃或熔融石英的电和热绝缘基体110上制作的平面结构。电阻元件127可以由金属构成，例如具有钛粘合剂层的铂。将电阻元件127连接至接触片130的导线可以包括厚的一层更导电的金属，例如金。这些金属可以通过蒸发(例如热蒸发或电子束蒸发)或者通过溅射技术沉积。该金属可以通过剥离或刻蚀技术被图案化。
对材料和平面晶片配置的选择对于创建可植入使用的流量传感器是重要的。熔融石英由于其高纯度、高强度和低热导率而特别优选地作为基体材料，其中低热导率可以帮助将通道与可能影响流量传感器的操作的环境温度的波动隔离。比较而言，传统的硅基体有可能过于易碎而不能创建本文预期的能够在体内使用的低轮廓流量传感器。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。化学惰性流体通道对于可植入药物泵是关键的，因为泵不应改变所分配的药物的药理性能。提高材料耐受性的传统方法(例如沉积一层以免受腐蚀)对于植入式使用很有可能是不够的，因为沉积材料层经过长的一段时间会趋于分层、与药理介质混合并且可能阻塞诸如检查阀的下游结构。类似地，创建独立结构或者绝缘腔将增加流量传感器的易碎性以及流量传感器的高度，从而使得它对于长期植入是不理想的。
小的流量通道由于最小化了加热器和传感器尺寸而最小化了传感器的印迹(footprint)并减小了流量传感器功率消耗，并且减小了药理流体在其中保持陷获(其可以是在给药之间的几周或几个月，以及在传感器上游的主药物容器的再填充之间的几个月或几年)的死区，因此最小化了可能受药物所传送至的目标物理位置的污染的体积。
如所指出的，通道可以有任一期望的形状、角度和尺寸，并且这能够通过改变中间层的模具而被迅速地改变。这种模块化允许所制作的微流体流量传感器很容易地集成至多种不同配置的MEMS设备。如下是为这种模块化工艺定制的两种常用的制作材料和制作步骤的描述性示例。本领域技术人员应当理解，可以替代地应用本领域已知的其他材料和特定于材料的工艺。此外，当通道被模塑为小于整个传感器模具的尺寸的具体的形状时，结合片和电连接器与流体通道很好地绝缘，促进与可植入医疗设备的较简单的集成。2013年5月8日提交的美国申请No.61/821,039(其全部内容通过引用包含在本发明中)讨论了制造沿所期望的路径并且适配至传感器的入口囊袋和出口囊袋内的管的多种方法。
参照图1D，图1A-1C所示的覆盖物125可以由硅树脂制作，其在模具上铸造以形成体结构。囊袋145形成在模塑的硅树脂的块内，硅树脂被固化、从模具中移除并且可选择地用一种或多种溶剂(例如庚烷、己烷、二甲苯、乙醚、丙酮、或异丙醇)处理以从结构去除任何未固化的硅树脂。使用那些溶剂中的任意一种的扩张效应从模具移除固化的硅树脂是有用的或必要的。在该实施例中，聚对二甲苯层115和中间层120可以被省略，因为通道的壁(即垂直维度)可以被硅树脂覆盖物125的主体内的、在囊袋145之间的凹进部限定。
通过将电介质表面和硅树脂表面两者暴露至氧等离子体(这会在两个表面上留下许多硅烷醇基)，然后使这两个表面接触，硅树脂通道结构共价地结合至包含硅的电介质层-例如碳化硅、氮化硅或二氧化硅、碳氮化硅或羰基硅，或者由这些材料中的两种或更多种构成的多层电介质结构。在生成硅树脂-Si-O-O-Si-电介质和硅树脂-Si-O-Si-电介质粘结剂以及副产品水的反应中，表面相结合。当使得各个件在适合的温度(例如60-100℃)接触几个小时(例如2-24小时)之后，通过烘焙这些件可以加速和加强该结合过程。如图1D所示，使用刚性的顶层160加强硅树脂通道是有益的，这能够减小或防止硅树脂通道在压力下的变形。这可以通过使用氧等离子体将薄玻璃或熔融石英件160结合至模塑的硅树脂块的顶部来实现。入口和出口管插入硅树脂块中的开口145中，并且可以使用未固化的硅树脂密封并且被烘焙以固化硅树脂，从而提供流体隔离。为了加强密封管的硅树脂与下方的流量传感器基体110上的电介质的结合，可以在插入和密封管之前施加包含辛烯基的化合物。例如，7-辛烯基二甲基氯硅烷、7-辛烯基三氯甲硅烷或7-辛烯基三氯氧基甲硅烷可以被气相沉积在电介质上。
返回图1A-1C所示的实施例，聚对二甲苯覆盖物120相比硅树脂更刚性、惰性和不透气体和液体；然而，它不能使用相同的氧等离子体技术结合至电介质层115。相反，可以使用机械锚杆将聚对二甲苯锚定至基体，其中，使用例如Liger等人在2003年的微电机械系统的IEEE第十六届国际年会的论文集中发表的“Robustparylene-to-siliconemechanicalanchoring”(其全部内容通过引用包含在本文中)中所描述的方法，用包含甲基丙酸烯的促粘剂增强机械锚杆。
如图4所示，可以通过如下方式制作合适的锚杆：首先在电介质层118中刻蚀开口200以暴露基体110，然后选择性地并且各向同性地刻蚀基体110但是不刻蚀电介质，以打开电介质层118下方的腔。当在熔融石英基体110上使用碳化硅电介质层118时，使用如下实施这两个刻蚀：使用基于氟的等离子体刻蚀碳化硅，然后用氢氟酸刻蚀剂各向同性地刻蚀熔融石英。聚对二甲苯层120被气相沉积并因此一致地涂覆设备表面并填充连续层中的电介质层118下方的腔200，从而形成机械互锁，防止聚对二甲苯的移动。
甲基丙酸烯促粘剂(例如A174)被施加至沉积的聚对二甲苯层115的表面并且在晶片上沉积一层聚对二甲苯(限定通道壁的聚对二甲苯层的典型厚度为20μm)。然后，通过使用金属刻蚀掩模(通常为铝)用氧等离子体刻蚀聚对二甲苯来限定通道。在移除金属刻蚀掩模之后，施加中间层120和覆盖物125。通过在模具上沉积包含入口囊袋和出口囊袋145的聚对二甲苯，使用金属刻蚀掩模在氧等离子体中刻蚀沉积的聚对二甲苯以限定覆盖物的范围，以及从模具移除聚对二甲苯来形成覆盖物125。可以使用环氧树脂将聚对二甲苯覆盖物125结合至聚对二甲苯中间层120。类似地，可以使用环氧树脂将入口管和出口管结合至聚对二甲苯通道囊袋145。
为了防止粘合剂进入囊袋(粘合剂进入囊袋会干扰管的连接以及流体流过通道)，一个或多个捕获井可以被引入覆盖物125。这些捕获井被提升，囊袋145的流体延伸部分容纳过多的粘合剂。根据所预计的粘合剂进入的程度，捕获井的数量和高度可以改变，虽然典型地，它们的高度远低于囊袋本身的高度以促进粘合剂的毛细作用。图5A示出侵入囊袋145的腔内的两个捕获井215的配置。如果捕获井足够浅以避免干扰囊袋145内的管放置，或者如果第一捕获井为了用作防止管的进一步插入的障碍的额外目的，这种设计是有用的。图5B所示的捕获井220远离囊袋145延伸并因此不会干扰其中的管放置。另外的捕获井215也可以用于在药物到达通道137之前捕获药物的蛋白质团。此外，虽然图中为了示意的目的示出两个捕获井，但是设计者可以直接选择最佳数量。
浓缩的蛋白质溶液易于凝聚。当凝聚块的尺寸接近流体系统中的最小通道尺寸时，流量通道会发生堵塞。置于通道中的狭窄部分的上游的过滤器可以分离大于特定尺寸的蛋白质的凝聚块或者其他微粒，该特定尺寸由过滤器的性质决定，因此防止流量通道的堵塞。
在图6所示的一个实施例中，流量传感器100包括在流量通道132中的过滤器150。过滤器包括柱或杯的阵列，柱或杯的直径和间距被选择为捕获特定尺寸或大于特定尺寸的颗粒。例如，直径为15μm并且间距为15μm的四行柱将过滤大于15μm的颗粒但是允许更小的颗粒和无凝聚块的溶液通过。在一些实施例中，通道132可以朝向端部向外展开，当碎片在过滤器柱之间聚积时，过滤器柱最小化对流量的干扰。
过滤器柱可以被模塑至聚对二甲苯层115实例内。即，创建锚杆以将过滤元件锚定至基体。聚对二甲苯被气相沉积。金属刻蚀掩模被沉积在聚对二甲苯的顶部并图案化。金属刻蚀掩模限定聚对二甲苯通道和过滤器元件两者。通过在氧等离子体中刻蚀聚对二甲苯限定过滤器和通道。
为了利用模块化设计，可以实施在电介质层的制造中检测缺陷的筛选方法。将电阻元件与液体分隔的电介质层的完整性对于正确的流量传感器操作是关键的。药物溶剂、生物缓冲液和体液是高度离子化的并因此是导电的。电阻元件之间通过流体的电连接引起增加的噪音和漂移。更有问题的是(特别是针对长期植入)，将载流金属暴露至离子溶液将随着时间引起金属腐蚀和刻蚀。这在电阻元件的情况下是特别有害的，电阻元件的降解将引起流量传感器的故障。因此，针对可能引起故障的电介质中的针孔和其他缺陷筛选每个流量传感器是重要的。
图7示出使用电镀溶液的筛选技术。电镀是使用电流减少溶解的金属阳离子以使得它们在电极上形成固态金属涂层的过程。为了使用电镀溶液筛选针孔，使用电化学槽300。在完成制作之前，在其上具有电路元件的基体110和结合至基体110的电介质层118被插入槽300中的电镀溶液310。待测试的流量传感器电阻元件用作工作电极，并且电镀溶液还包含反电极320，典型地为涂覆铂的晶片或铂导线的网。通常使用升高的温度加速电镀过程。电流或电压源330驱动电极。如果在电阻元件上的电介质中存在针孔或缺陷，金属将镀在那些缺陷上。给定足够的时间和电流，缺陷上所镀的金属的尺寸增长直到在光学显微镜下能够很容易地被观察到。因此，具有电介质针孔或瑕疵点的流量传感器能够被很容易地识别并丢弃。
该筛选过程可以作为限定电路元件(例如接触片)的电镀步骤的一部分被执行，或者作为在电路元件被制造之后的筛选步骤独立地执行。该方法具有至少两个主要优势。首先，如果晶片中的所有的流量传感器电连接，那么整个晶片可以一次就被筛选。第二，因为有缺陷的设备被有效地标记了可视的金属点，所以在针孔筛选过程中，有缺陷的设备不需要被追踪或去除。
因为如本文所述的流量传感器的低轮廓和紧凑尺寸，两个或多个流量传感器可以在可植入设备内并联连接。这不仅允许增加的总流速并同时保持高的流体流量测量精度，还在一个或多个流体路径被药物聚合体或其他材料堵塞的情况下生成冗余。
以上描述了本发明的多个实施例。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的前提下，也可以使用包含本文所公开的概念的其他实施例。因此，以上描述仅意于示意而非限制。

Claims (23)

1.一种微流体流量通道，包括：
电和热绝缘基体；
在所述基体上的电路组件，其包括至少一个传感器元件、电连接至所述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，所述至少一个传感器元件布置在所述基体的通道区域内；
布置在所述电路组件上的电介质层；以及
布置在所述基体上的至少一层，其限定(i)所述基体的所述通道区域上的井，(ii)在所述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，所述容纳囊袋分别被配置为将流体导管容纳在其中，所述容纳囊袋与所述通道区域流体地连通但是彼此不直接流体地连通。
2.根据权利要求1所述的流量通道，其中，所述井由如下部件限定：(i)第一聚对二甲苯层，其具有通过其中的开口，该开口与所述通道区域共同延伸并且限定所述通道区域的垂直尺寸，以及(ii)与所述第一聚对二甲苯层接触的第二聚对二甲苯层，所述第二聚对二甲苯层包含所述开孔。
3.根据权利要求2所述的流量通道，其中，在与所述第二聚对二甲苯层接触的覆盖物中形成所述容纳囊袋。
4.根据权利要求1所述的流量通道，其中，在包含单独一块硅树脂的覆盖物内形成所述井、所述开孔和所述囊袋。
5.根据权利要求1所述的流量通道，其中，所述接触片与所述通道区域流体地隔离。
6.根据权利要求1所述的流量通道，其中，所述至少一个传感器元件中的每一个是热流量传感器。
7.根据权利要求1所述的流量通道，其中，所述至少一个传感器元件中的每一个是渡越时间传感器。
8.根据权利要求3所述的流量通道，其中，所述覆盖物是聚对二甲苯，所述电介质层是非晶碳化硅，以及所述基体是熔融石英。
9.根据权利要求4所述的流量通道，其中，所述电介质层是非晶碳化硅，以及所述基体是熔融石英。
10.根据权利要求1所述的流量通道，还包括在所述通道区域内的用于俘获碎片的多个隔开的柱。
11.根据权利要求1所述的流量通道，其中，所述电介质层的厚度在大约10μm到大约100μm的范围内，以及所述开口的最长的维度在50μm到1mm的范围内。
12.一种制作微流体传感器的方法，所述方法包括如下步骤：
提供电和热绝缘的基体；
将电路组件施加至所述基体，所述电路组件包括至少一个传感器元件、电连接至所述传感器元件的至少两个电阻元件、以及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
在所述基体上制作包括如下的结构：(i)流体通道，其在所述至少一个电阻元件上但是与所述至少两个接触片流体地隔离，和(ii)包含一对容纳囊袋的覆盖物，所述容纳囊袋分别与所述通道流体地连通但是彼此之间不直接流体地连通。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括将入口管和出口管插入所述容纳囊袋的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述结构由硅树脂构成并且所述方法还包括使用硅树脂密封所述管插入的所述流体通道的端部的步骤。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述结构由聚对二甲苯构成并且所述方法还包括使用多个机械锚杆将所述结构的至少一部分锚定至所述基体的步骤。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述结构包括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，所述聚合物层中具有限定所述通道的开口。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述中间层在所述容纳囊袋的每一个内包括至少一个开口，其允许所述囊袋和所述流体通道之间的流体连通。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括将多个过滤器柱增加到所述通道内的步骤。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述制作步骤包括由硅树脂模塑所述覆盖物。
20.根据权利要求12所述的方法，其中，所述制作步骤包括由聚对二甲苯模塑所述覆盖物。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述制作步骤包括(i)在所述电介质层下方的基体中刻蚀井，以及(ii)当施加所述中间层时使得所述井被填充，从而将所述中间层锚定至所述基体。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，使用粘合剂将所述覆盖物附接至所述中间层，并且所述容纳囊袋包含形成俘获杂散粘合剂的捕获井的延伸部分。
23.根据权利要求12所述的方法，还包括针对缺陷进行电化学筛选的步骤。
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