CN108024852A - 可植入的氧气发生器和输送器 - Google Patents

Abstract

描述了一种可植入医疗设备。该可植入医疗设备包括小分子发生器、小分子扩散器和连接两者的套管。小分子发生器包括电解质储器和一组电极。电解质储器的第一部分对预定类别的小分子是不可渗透的。电解质储器的第二部分对小分子是可渗透的。该一组电极被布置在电解质储器内，并且被配置成基于对该一组电极的电力施加以及电解质储器内电解质的存在而促进小分子的电解。小分子扩散器的至少一部分对小分子是可渗透的。

Description

可植入的氧气发生器和输送器

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月11日提交的美国临时申请第62/217,202号的权益，为了所有的目的，该临时申请的内容据此以其整体并入。

关于在联邦政府资助的研究和开发下做出的发明的权利的声明

本发明是在美国政府支持下，在国立卫生研究院资助的基金第EY022059号下做出的。政府在本发明中具有某些权利。

背景

1.技术领域

本发明的实施方案大体上涉及用于治疗眼睛和受试者的身体内的其他部位的方法和设备。更具体地，各实施方案涉及用于捕获小分子治疗剂或废料并且将其输送至身体内的结构和从身体内的结构输送的可植入医疗设备。

2.相关技术的描述

在美国，失明的主要原因是糖尿病视网膜病变。糖尿病视网膜病变由视网膜缺血引起，即由毛细血管无灌注引起的视网膜血流不足。毛细管血流的缺乏使视网膜缺氧。视网膜静脉阻塞也会发生，其中使血液移动离开视网膜的小静脉被堵塞。具有视网膜病的受试者随着时间的推移而失去视力，因为他或她的眼睛中的视网膜细胞死亡。

除眼睛外，身体的其他部位可经受由糖尿病或其他疾病引起的血流缺乏。将血流限制到身体的特定部分简称为缺血。缺血经常伴随着缺氧，缺氧是指血液输送的氧气(O₂)缺乏。缺血损伤经常引起严重的组织缺氧并且最终引起组织死亡。

目前用于缺血性疾病的治疗方法是受限制的并且不一定治疗疾病的主要原因—即缺氧。治疗毛细血管无灌注或缺血部位的主要依靠是激光消融。此治疗方法是破坏性的、不可逆的，并且可能引起另外的器官损失。氧气的全身应用也是一种选择，但是携带纯氧或安排氧气注射预约会带来风险并且对受试者来说是不方便的。

视网膜缺血可以通过以上方法治疗，但眼睛中的这种治疗带有额外的缺陷。例如，激光消融和光凝术可导致狭隘的周边视野以及延迟的暗适应。已经开发出用于眼睛的其他治疗方法，诸如玻璃体内注射和睫状体平坦部玻璃体切除术。玻璃体内注射经常需要频繁地重复并且给患者和医疗系统带来显著的风险和成本。玻璃体内注射使用仅抑制缺氧对视网膜组织上的下游影响的治疗剂。将玻璃体(vitreous humor)的一部分从眼睛移除的睫状体平坦部玻璃体切除术(pars plana vitrectomy)可导致视网膜氧气量不足，同时在晶状体附近引起白内障或其他潜在的氧中毒。事实上，太多的氧气在晶状体附近的眼球内的前部(前区)附近是一件坏事。其还可能增加虹膜新生血管形成以及高眼压(elevatedintraocular pressure)的风险。

因此，用于治疗缺血性视网膜和其他疾病的当前医疗设备具有需要克服的许多明显的缺点。

简要概述

大体上描述的是用于将诸如分子氧(O₂)的小分子递送至含有感兴趣的组织的区域的微制造的(microfabricated)、可植入医疗设备。在实施方案中，可植入医疗设备利用电解在水或其他电解质的小的半渗透腔室内主动产生小分子。小分子产生发生在可植入医疗设备的第一位置，并且然后被输送至可植入医疗设备的第二位置。这两个位置彼此远离。尽管第一位置典型地位于身体的外表面附近，但第二位置位于感兴趣的组织附近。产生的氧气从第二位置扩散至感兴趣的组织。

例如，可植入医疗设备包括小分子发生器。小分子发生器至少包含电解质储器(electrolyte reservoir)。电解质储器包括电解质和一组电极并且由外部膜界定。至少一个膜对小分子是不可渗透的并且至少另一个膜对小分子是可渗透的。在向该一组电极施加电力(例如施加电压和/或电流)之后发生电解，从而由电解质产生小分子。小分子扩散穿过可渗透膜。可植入医疗设备还包括套管(cannula)和小分子扩散器。套管连接小分子发生器和小分子扩散器，从而为小分子提供从氧气发生器至小分子扩散器的输送路径。然后使小分子从小分子扩散器扩散至含有感兴趣的组织的区域。

在另外的实例中，小分子发生器还包括腔室。腔室和电解质储器共用对小分子可渗透的膜。腔室的其他膜对小分子是不可渗透的。此外，腔室中的开口连接至套管的管腔。使用电解在电解质储器中产生小分子，并且该小分子经由接合的可渗透膜扩散到腔室中。套管然后将小分子输送至小分子扩散器。

在上文的实例中，小分子发生器中的至少腔室和电解质储器形成对小分子不可渗透的袋。另一方面，小分子扩散器形成可渗透囊。管腔将腔室的内部连接至可渗透囊的内部。小分子可以包括氧气，其中氧气作为对感兴趣的组织提供治疗益处的剂被产生。例如，组织可以是眼球的黄斑。腔室、套管和可渗透囊可以包括氧气输送物质，例如以下中的至少一种：全氟化碳、纳米多孔玻璃、膨体聚四氟乙烯(expanded polytetrafluoroethylene)或悬浮的碳纳米管的阵列(array of suspended carbon nanotube)。

在另外的实例中，可植入医疗设备还包括吸收袋。吸收袋也连接至套管。因此，从吸收袋至小分子扩散器还可以获得小分子输送路径。吸附袋被配置成被动吸收来自周围环境的小分子。假定有浓度差，被吸收的小分子被输送至小分子扩散器用于扩散至感兴趣的组织。因此，吸收袋充当用于补充小分子的主动产生的被动设备。

在可植入混合式医疗设备(例如，包括主动小分子发生器(active smallmolecule generator)和被动吸收袋(passive absorption bag))的实例中，套管可以被分开成多个通道。例如，通道中的一个连接至小分子发生器，并且将由此产生的氧气输送至小分子扩散器。套管的另一个通道连接至吸收袋，并且将由此吸收的氧气输送至小分子发生器。对小分子不可渗透的膜可以被用于将套管的管腔分开成多个通道。

小分子扩散器可以使用不可渗透膜被类似地分开成多个通道。此外，在这里，小分子扩散器的一个内部通道通过套管的通道连接至小分子发生器。小分子扩散器的另一个通道通过套管的另一个通道连接至吸收袋。

在实例中，小分子经由电解质腔室中的电解来产生。对小分子发生器供电以便触发电解。各种电源是可能的。例如，在外部电源感应地耦合至小分子发生器的情况下，可以使用无线供电。外部电源形成初级侧(primary side)。在该图示中，小分子发生器包括用于感应耦合并且控制对该一组电极的电力施加的线圈和电路。线圈和电路形成次级侧(secondary side)。该电路还包括用于控制电力施加和因此的小分子产生以及用于监测和报告所产生的小分子的量和电解质的水平的电气部件和电子部件。反馈回路可以被用来控制来自初级侧的功率。次级侧还可以包括通过感应耦合被充电的电池。在没有初级电源的情况下，电池可以供电用于电解。反馈回路还可以被用于控制来自电池的电力供应。

随着时间的推移，电解质储器中的电解质的水平下降。可以补充电解质。电解质储器的内部亲水性表面通过凝结促进补充。还可以使用连接至电解质储器的另一个储器，其中补充依赖于渗透或依赖于阀门控制。电解质储器可以另外或可选择地包括再填充口。隔片和针可以被用于通过再填充口补充电解质。

还描述的是可植入医疗设备的制造(例如，微制造)方法。在实例中，制造方法包括将第一材料铺展在半部模具(half mold)上，其中第一材料在固化后对预定义的类别的小分子是可渗透的。未固化的、生物相容性有机硅(uncured,biocompatible silicone)是第一材料的实例。分子氧是小分子的实例。该方法还包括使半部模具上的第一材料部分固化以产生部分固化的材料半部，将部分固化的材料半部中的一个与部分固化的材料半部中的另一个对齐、接合并进一步固化，以产生一体形成的有机硅工件。工件包括腔室和储器，所述储器通过由第一材料制成的膜与腔室隔开。工件还包括套管和氧气扩散器，该氧气扩散器经由套管连接至第一腔室，将一组电极插入到储器中并且将金属管插入到套管中。该方法还包括在放置一组电极和金属管之后，在腔室、储器和套管上沉积第二材料。第二材料在固化后对小分子是不可渗透的。第二材料的实例包括聚对二甲苯。电解质可以插入到所形成的储器中。除了有机硅和聚对二甲苯之外或代替有机硅和聚对二甲苯，其他材料也可以类似地被用于可渗透和不可渗透的膜。例如，膨体聚四氟乙烯(PTFE)和/或薄的聚对二甲苯(例如，小于1μm的C型聚对二甲苯)可以被用于可渗透膜。金属、玻璃和/或厚的聚对二甲苯(例如，大于2μm的C型聚对二甲苯)可以被用于不可渗透膜。

还描述的是可植入医疗设备的使用(例如，手术植入)的方法。在实例中，使用方法包括提供可植入医疗设备，其中可植入医疗设备包括小分子发生器、小分子扩散器和套管，其中小分子发生器对预定类别的分子是不可渗透的并且包括包含电解质和一组电极的电解质储器，其中小分子扩散器对小分子是可渗透的，并且其中套管将小分子发生器连接至小分子扩散器，将小分子扩散器放置在眼球内，例如玻璃体中或脉络膜上腔(suproachoridal space)中，将小分子发生器放置在眼球的结膜和巩膜之间，以及将小分子发生器附接至巩膜。

在可植入医疗设备处在适当的位置之后，该方法还包括将电源放置在眼球的外部的位置并且通过该电源施加电力。该位置距离小分子发生器的线圈小于两厘米并且相对于线圈成小于20度的角度。基于通过线圈的感应耦合，施加电力引起电压施加和/或电流施加至该一组电极，从而通过电解在电解质储器中产生小分子。电解质储器的可渗透部分促进小分子扩散到套管中。套管的管腔促进将小分子输送至小分子扩散器。小分子扩散器的可渗透部分促进小分子扩散到眼球中。

通过参考本说明书的剩余部分和附图可实现对本文所公开和提议的实施方案的性质和优点的进一步理解。

附图简述

图1图示了根据实施方案放置可植入医疗设备使得在目标组织附近实现特定氧气流的实例。

图2图示了根据实施方案的可植入医疗设备的实例。

图3图示了根据实施方案的可植入医疗设备的组件。

图4A和图4B分别图示了根据实施方案的、包括电解质腔室和扩散腔室的可植入医疗设备的平面图和侧视图。

图5A和图5B分别图示了根据实施方案的、包括电解质腔室且不包括扩散腔室的可植入医疗设备的平面图和侧视图。

图6A、图6B和图6C分别图示了根据实施方案的、包括主动氧气发生器(activeoxygen generator)和被动氧合器(passive oxygenator)的混合式可植入医疗设备的平面图、右侧视图和左侧视图。

图7A、图7B和图7C分别图示了根据实施方案的、混合式可植入医疗设备的另一个实例的平面图、右侧视图和左侧视图。

图8A、图8B和图8C分别图示了根据实施方案的、混合式可植入医疗设备的又一个实例的平面图、右侧视图和左侧视图。

图9A和图9B分别图示了根据实施方案的、混合式可植入医疗设备的又一个实例的平面图和侧视图。

图10A和图10B分别图示了根据实施方案的、混合式可植入医疗设备的又一个实例的平面图和侧视图。

图11图示了根据实施方案的、适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器的实例。

图12图示了根据实施方案的、适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器的另一个实例。

图13A、图13B和图13C图示了根据实施方案的、适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器的又一个实例。

图14A和图14B图示了根据实施方案的、适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器的实例。

图15A、图15B和图15C图示了根据实施方案的、适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器的另一个实例。

图16图示了根据实施方案的、用于基于凝结的电解质再填充的电解质腔室的示例性配置。

图17图示了根据实施方案的、用于基于渗透的电解质再填充的电解质腔室的示例性配置。

图18图示了根据实施方案的、用于电解质再填充的电子控制的电解质腔室的示例性配置。

图19图示了根据实施方案的外部设备和氧气发生器的示例性电气部件。

图20A-图20H图示了根据实施方案的、用于制造可植入医疗设备的工艺的实例，所述可植入医疗设备至少包括氧气发生器、套管和氧气扩散器。

图21是根据实施方案的、图示用于制造可植入医疗设备的工艺的流程图。

图22是图示用于使用可植入医疗设备的工艺的流程图。

详细描述

描述了医疗设备、其制造方法以及用于其植入和使用的方法。医疗设备在身体内产生并且捕获可具有治疗益处的任何生物或化学活性剂。然后该医疗设备将剂输送至身体的另一部分。

特别地描述为通过供应氧气来治疗缺血性视网膜疾病的示例性设备。该设备包括主动氧气发生器和输送器。具体地，该设备包括储器、套管和扩散器，其中套管连接储器和扩散器。储器包含电解质和一组电极以及其他部件。在对电极的电力施加(电压和/或电流)之后，电解在储器内发生，从而产生氧气。氧气通过套管被输送至扩散器，用于扩散出至周围组织。扩散器可以放置在感兴趣的组织附近，例如在黄斑旁边，并且将氧气扩散至组织。另一方面，储器可以放置在远离组织的位置。在实例中，该装置还包括用于补充主动氧合的被动氧合器。具体地，被动吸收袋连接至套管。此袋允许从富氧区被动地吸收氧气用于递送，由此套管将吸收的氧气输送至扩散器用于扩散至组织。在此实例中，吸收袋和任选的储器被放置在结膜下空间中。根据所需的氧合水平，该设备可以以主动模式和/或被动模式来使用。例如，在夜间睡眠期间，主动氧合器可以被供电以产生并递送所需的氧气。对于一天的其余时间，被动氧合器独自提供足够的氧气水平。因此，在一天中的所有时间，适当水平的氧气被递送至组织，这降低缺血和视力丧失的风险并且避免激光光凝以及可能的睫状体平坦部玻璃体切除术。

标题为“small molecule transport device for drug delivery or wasteremoval”的美国专利申请公开第US2015/0366707号描述了一种被动氧合器，并且通过引用以其整体并入本文。标题为“implantable oxygenator with self-containedelectrolyte”的美国专利申请公开第2015/273197号描述了一种主动氧合器原型，其中电解发生在扩散器中，而不是远程电解质储器。

相比之下，本公开内容的实施方案包括主动氧气发生器和输送器，其中主动氧气发生器远离扩散器并且能够远离扩散器实现电解，并且其中输送器将产生的氧气输送至扩散器。实施方案还描述了依赖于主动氧合产生和被动氧合以及氧气输送的混合式设备。

图1图示了放置可植入医疗设备使得在目标组织附近实现特定氧气流的实例。在该实例中，可植入医疗设备提供主动氧气发生器和输送器。具体地，可植入医疗设备包括氧气发生器102、套管104和氧气扩散器106。套管104连接氧气发生器102和氧气扩散器106。氧气发生器102主动地产生氧气。套管104将产生的氧气输送至氧气扩散器106。氧气扩散器106将氧气扩散至目标组织。在下面的图中进一步图示了可植入医疗设备的部件的细节。

在实例中，目标组织是眼睛的黄斑。在这个实例中，氧气发生器102远离黄斑放置。各种放置位置都是可能的。例如，位置可以取决于发生器102被供电的方式、可植入设备是否还包括被动氧合器(passive oxygenator)，和/或氧气发生器102和被动氧合器的相对布置。氧气发生器102可以通过缝合或粘合(tacking)至周围组织而被保持在适当的位置。

特别地，如果使用无线供电，则将氧气发生器102放置在眼睛的外表面附近，从而能够经由感应耦合从外部电源103进行无线充电。因此，在晶状体114、角膜132、瞳孔134和虹膜136的一侧，氧气发生器102安置在结膜138下方。外部电源103可以被定位在氧气发生器102附近。

同样，如果被动氧合器与氧气发生器102被搭配在一起，则结膜下空间提供有效的放置位置用于至少在白天期间被动地吸收氧气。在下面的图中进一步图示了被动氧合器的示例性布置。

套管104刺穿巩膜110，转向后部，并且在视网膜附近终止。氧气扩散器106与套管104连接，使得氧气发生器102的内部以恒定的流体路径连接至氧气扩散器106的内部。

氧气通过氧气扩散器106的扩散可以是被动的。具体地，氧气被释放、排出或递送穿过氧气扩散器106的膜。该膜对氧气是可渗透的。如果在氧气扩散器106的内部与周围环境之间存在氧气压力差异(pressure variance)，则发生扩散。

氧气扩散器106具有钩状形状(hook-like shape)。其他形状也是可能的并且在下面的图中示出。氧气扩散器106的内径被定位成使得其围绕光轴122被对称地放置，其中光轴122居中穿过黄斑和晶状体114。因此，氧气扩散器106大体上围绕黄斑而不会阻挡黄斑。

在实例中，在可植入设备处在适当的位置之后，外部电源103被放置在距离氧气发生器102两厘米之内并且相对于氧气发生器102成20度的角度之内。进而，氧气发生器102产生氧气，氧气然后被输送至氧气扩散器106。氧气扩散器106处相应的氧气压力超过200mmHg，从而为黄斑提供充足的氧合作用。

虽然图1将黄斑描述为目标组织的实例，但其他目标组织也是可能的。通常，可植入医疗设备可以紧靠任何目标组织被植入，例如处于缺血风险或需要特定氧气流的组织。例如，可植入医疗设备可以被用于将氧气递送至中枢神经系统的部分以减轻由缺血性中风导致的缺氧。同样，实施方案不限于氧气(O₂)的递送。相反，氧气是预定类别的小分子的实例。可植入医疗设备可以产生、输送和/或扩散其他类型的小分子，例如二氧化碳(CO₂)或一氧化二氮(N₂O)。通常，预定类别的小分子可以包括用于有效治疗目标组织的治疗剂。缺血可以在许多疾病过程中在全身各处发现，并且利用不同形式的因素，实施方案设备可有助于治疗缺血。可植入医疗设备可用于递送或操纵体内的其他气体的分布。二氧化碳和一氧化二氮是具有重要生理作用的生物活性气体。它们可以被重新分布以便使病变过程正常化。具有慢性阻塞性肺疾病的患者可能将二氧化碳保持在病理量。因此，可植入医疗设备可用于分流过量的二氧化碳并且避免这种气体的毒性积聚。

因此，氧气发生器102是小分子发生器的实例，并且氧气扩散器106是小分子扩散器的实例。换句话说，可植入医疗设备更一般地包括通过套管104互连的小分子发生器和小分子扩散器。小分子发生器主动地产生小分子。在实例中，由小分子发生器内的电解质的电解主动地产生小分子。电解在对位于小分子发生器内并与电解质接触的一组电极的电力施加(例如，电压施加和/或电流施加)之后发生。套管104将产生的小分子输送至小分子扩散器。进而，小分子扩散器将小分子扩散至周围环境。如果有压力差异，扩散可以是被动的，其中小分子被释放、排出或递送穿过小分子扩散器的膜，其中膜对该小分子是可渗透的。为了减少、限制或避免小分子从可植入设备的其他部分扩散，小分子发生器和套管104可以具有对该小分子可渗透的膜。结合下面的图进一步描述可植入医疗设备的这些和其他特征。为了解释的清楚，使用氧气作为小分子的实例。

图2图示了可植入医疗设备200的实例。可植入医疗设备200包括彼此远离并经由套管220互连的氧气发生器210和氧气扩散器230。更具体地，套管220的管腔将氧气发生器210的内部连接至氧气扩散器230的内部，由此提供用于输送氧气的恒定的流体路径。套管220具有比氧气发生器210的结构和小分子扩散器230的结构更窄的结构以允许氧气的输送。氧气在氧气发生器210中以特定压力产生并且如果存在压力差则沿着流体路径行进至氧气扩散器230。

在实例中，氧气发生器210被形成为袋212，袋212界定氧气发生器210的内部。多个部件，例如线圈214、电路216和其他部件，被放置在该内部中。结合下面的图进一步描述这些部件。袋212可以是可折叠的、可卷曲的和/或可拉伸的，并且可以由生物相容性有机硅制成。为了避免氧气从袋212的内部扩散至周围环境，袋212的外表面涂覆有对氧气不可渗透的生物相容性材料，例如C型聚对二甲苯。袋212还可以包括突片(tab)，每个突片具有通孔。通孔尺寸设置成适合于缝合并且可以被称为缝合孔。此外，手柄可以被附接至袋212。手柄可以被用于放置袋212，抓住袋212用于缝合，并且拉动套管220和氧气扩散器230。观察口(view port)可以与袋212的外表面成一体，并且可以由诸如玻璃的透明材料制成。观察口允许目视检查袋212内的部件，包括例如电解质的水平。此外，袋212可以包括可用来用电解质填充和再填充袋212的再填充口。

在实例中，套管220包括生物相容性金属片或板，例如生物相容性不锈钢管，其可以被容易地操纵，以便刚性地维持可植入医疗设备200的形状和位置。管是柔软的，使得其可以被弯曲并且保持其弯曲形状或被重新弯曲成直线形状并保持其直线形状。可以用外科医生的手或通过外科器械进行弯曲。套管220可以由生物相容性有机硅制成，并且还可以涂覆有对氧气不可渗透的生物相容性材料，例如C型聚对二甲苯以避免氧气从管腔渗透到外部环境。

氧气扩散器230被形成为界定氧气扩散器230的内部的排出囊232。排出囊232可以是可折叠的、可卷曲的和/或可拉伸的，并且可以由对氧气可渗透的不同的生物相容性材料例如有机硅制成。

定量给料(dosing)和定向释放(targeted release)可以由可植入设备的材料性能来控制。控制有机硅和C型聚对二甲苯的厚度和/或使用其他材料例如膨体PTFE、金属、玻璃、HT型聚对二甲苯、D型聚对二甲苯、N型聚对二甲苯等可以确定渗透速率(定量给料)。由于袋212、套管220以及排出囊232由相同厚度的有机硅一体地形成，对在模具上分布多少有机硅进行单一的调节可以确定相应的渗透速率。袋212和套管220涂覆有不可渗透的涂层(例如，C型聚对二甲苯)，并且因此，它们的渗透性相对独立于在模具上分布多少有机硅，并且显著地限制了氧气穿过可植入医疗设备200的这些部分的渗透速率。

材料的“渗透性”典型地与感兴趣的物质的尺寸有关。斯托克斯-爱因斯坦半径(Stokes-Einstein radius)或斯托克斯直径(Stokes diameter)是物质的扩散特性的量度。“斯托克斯直径”是分子在其扩散速率方面拥有的硬球的当量直径。分子可以穿过具有孔隙的薄材料，该孔隙具有的斯托克斯直径是分子的斯托克斯直径的约1倍至约5倍。

“约”包括在±0.01％、±0.1％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±8％、±10％、±15％、±20％、±25％的偏差内或本领域中其他已知的偏差内。

袋212、套管220和排出囊232可以具有不同的形状、表面积和尺寸。通常，袋212的几何形状可以被设定成支持氧气产生和存储的期望的速率。套管220的几何形状可以被设定成实现期望的氧气输送速率。并且排出囊232的几何形状可以被设计成实现期望的渗透速率。因此，几何形状是取决于应用的，并且可以被设计用于可植入医疗设备200要执行的具体任务。通常，袋212可以大于排出囊232，使得大量的氧气被产生并储存在袋212中，以支持通过排出囊212的期望的氧气渗透率。

氧气从排出囊232扩散进入身体的缺陷区域降低了设备的内部浓度。这进而从其中以相对较高的浓度和压力产生并且储存氧气的袋212抽出氧气，从而经由套管220的管腔充分地将氧气供应至排出囊232。

例如，尽管袋212可以具有有约一厘米直径和特定厚度(例如12mm)的圆柱形形状，但是排出囊232可以具有有相同直径和一半厚度的钩状形状。套管220可以是小的，以便在手术期间使切口的尺寸最小化。例如，套管220可以被制作成具有小于6mm的周边或周长，以便适配在3mm或更大的切口内。由于排出囊232由薄的有机硅制成并且是可折叠的、可卷曲的和/或可拉伸的，因此其柔韧性将允许其穿过小的切口进入。

在模拟中，在夜间和白天期间分别需要约2.4mol/m³和约0.05mol/m³的流向内层视网膜的氧气。这些值对于20％缺血是最著名的估计值。在体外实验中，可植入医疗设备200可以供应约253mmHg(0.43mol/m³)的氧气。在夜间，袋212中储存的氧气的供应持续约2.14小时。在白天期间，供应持续约4.11小时。因此，在整夜内(约8小时)，以2小时的间隔、主动地产生氧气持续总共四次可以是足够的。在白天期间(约16小时)，以4小时的间隔、主动地产生氧气持续总共四次可以是足够的。以这样的速率，袋212可以容纳足以用于约100天的氧气产生的电解质。在这一点上，电解质是半耗尽的(half-depleted)，并且可以补充。其他活化间隔是可能的。例如，可以使用脉冲电解，其中氧气发生器在夜间和白天期间每四分钟供电持续一分钟。在这种方法下，电力供应可以随时间保持一致，并且不需要依赖于一天的时间，从而简化了氧气发生器(例如电力供应控制)的配置。

图3图示了可植入医疗设备300的组件。可植入医疗设备300包括氧气发生器310、套管380和氧气扩散器390。套管380的一个端部连接至氧气发生器310。该端部位于氧气发生器310的上部通道346和下部通道356中，并且连接至氧气发生器310的扩散腔室350的内部352。套管380的另一个端部连接至氧气扩散器390。该端部适配在氧气扩散器390的通道392内并且连接至氧气扩散器390的内部。

如所图示的，氧气发生器310具有被隔开的结构(compartmentalizedstructure)。该结构包括绝缘层320、分隔层330、电解质腔室340和扩散腔室350，其全部由例如相同的生物相容性材料制成，所述生物相容性材料对氧气是可渗透的并且对电解质342是不可渗透的。有机硅是生物相容性材料的实例。分隔层330将绝缘层320与电解质腔室340分隔，从而提供绝缘层320的绝缘。电解质腔室340和扩散腔室350通过由对氧气可渗透的生物相容性材料例如有机硅制成的可渗透膜360接合(interface)。当被组装以形成氧气发生器310时，不同的结构形成由对氧气可渗透且对电解质342不可渗透的生物相容性材料制成的袋。同样，套管380和氧气扩散器390由相同的生物相容性材料制成。为了限制氧气渗透，袋和套管380的外表面涂覆有对氧气不可渗透的材料，例如C型聚对二甲苯。然而，氧气发生器310的外表面未被涂覆。

在实例中，绝缘层320包括线圈322和电路324以及诸如可再充电电源(例如，锂离子电池)的其他部件。线圈322能够实现与外部电源的感应耦合，由此促进无线电力传输或对电路324充电。线圈322可以由金制成。电路324包括多个电子部件和电气部件，以将电力施加至位于电解质腔室340内的一组电极344，并且任选地控制电解，监测和报告产生的氧气的量并监测和报告电解质342的水平。

在实例中，电路324包括在生物相容性基底例如C型聚对二甲苯上的印刷电路板(PCB)。电路324包括微控制器、存储器、射频接收器、射频发射器、实时时钟、传感器以及基于开放式回路和/或反馈回路提供控制的其他部件。

控制电解可以包括控制氧气产生的时间和速率。实时时钟连同可以从存储器获得的氧合时间表可以设定电解的时间(例如，开始和结束)。此外或在替代方案中，可以基于氧气产生的速率、电解质腔室340中的氧气水平和/或电解质342的水平来触发开始或结束。

控制氧合的速率可以包括将特定量的电施加至该一组电极持续特定的时间段以实现该速率。功率控制可以包括控制电压和/或电流的施加。微控制器可以基于电解质腔室340中的压力传感器或氧气传感器的测量来导出速率。此外或在替代方案中，微控制器可以基于电解质342的水平导出速率。电解质342的水平可以通过测量电解所需的电流量或电极344之间的电阻率来确定。存储器可以存储预定的测量、速率和电力施加之间的相互关系。在给定实际测量值的情况下，微控制器使用该相互关系来设定对电力并且等同地对氧合的速率的控制。微控制器还可以将实际测量值、速率、功率施加、电压施加、电流施加、电解历史(history of the electrolysis)、充电时间和/或电池功率水平存储至存储器中。这样的数据可以经由电路324的发射器被无线传输至远程计算设备，由此提供对电解的遥测。可以经由电路324的接收器从远程计算设备无线地接收新的氧合时间表或对上述相互关系的更新。

在实例中，电解质腔室340界定包含电解质342的内部。因此，电解质腔室340起到保持电解质342的储器的作用，并且在这里可以被称为电解质储器。电解质是生物相容性的，并且应当在高电压下进行氧化还原反应而不是水解，以保持高效率。电解质的实例包括水、硫酸镁和硫酸钠。

电解质腔室340还包括一组电极344。电极344被布置为使得在直流(DC)电压施加后，来自电解质342的水分子被水解。这种电解产生能够渗透过可渗透膜360进入扩散腔室350中的氧气和氢气。电极的各种布置是可能的，包括交错布置(interleavedarrangement)、螺旋形布置或沿着板的分布。通常，电极对被分隔一段距离以使得能够施加导致电解的分解电位。电极344可以由诸如金或铂的生物相容性导电材料制成。基于电极344的类型和布置，范围在2伏至3伏之间的DC电压对于电解可能是足够的。电极344可以附接至在电解质腔室340的下表面处的可渗透膜360，附接至电解质腔室340的上表面，或者可以漂浮在电解质腔室340的内部。下部附接(lower attachment)可以提供电解质342围绕电极344的最有效的分布。

在实例中，在电解质腔室340中产生的氧气(连同氢气)穿过可渗透膜360扩散至扩散腔室350。当氧合的速率(或更一般地，电解)高于渗透速率时，电解质腔室340甚至在氧合结束时也存储产生的气体。储存的气体以较低的渗透速率扩散到扩散腔室350中。

在实例中，扩散腔室350界定了内部352。内部352具有连接至套管380的管腔的开口。因此，从电解质腔室340接收的氧气(连同氢气)被传递至管腔以用于输送至氧气扩散器390的内部。内部352还可以包括由生物相容性有机硅制成的一组柱354。柱354可以在电解质腔室340中的压力相对较高(例如，由于氧气产生)时防止内部352塌陷。

下面的图图示了可植入医疗设备的不同配置，所述可植入医疗设备包括氧气发生器、套管、氧气扩散器以及任选的被动氧合器。参考附图来描述方向(顶部/底部、水平/竖直、右/左等)。然而，实际方向取决于可植入医疗设备在受试者体内的定位。

为了解释的清楚，对附图进行了简化。具体地，仅示出了电解质腔室以及，如果适用的话，氧气发生器的扩散腔室，而其他层(例如，电路层和分隔层)被省略。此外，仅图示了电解质腔室中的电解质，而省略了电极和任何产生的气体。没有注意到的是，氧气发生器、套管、和氧气扩散器以及被动氧合器的不同层由有机硅制成，例如(Carpinteria，California，USA的)NuSil Technology LLC的MED4-4210，两部分式医疗级有机硅，其中基料和固化剂以10:1的重量比混合。有机硅的厚度可以横跨一定范围变化，或者可以从该范围内均匀选择，其中该范围包括100μm至500μm的厚度。在实例中，厚度被设定为约240μm。还为了解释，仅示出了最外部的材料。材料可以被涂覆以限制渗透。因此，没有图示出电解质腔室、扩散腔室和套管的氧气可渗透的表面(例如，由上述有机硅制成)。代替地，图示了不可渗透氧气的表面(例如，用C型聚对二甲苯制成)。

还为了使解释清楚，图之间的一些配置是相似的。没有重复相似部分的描述。

图4A和图4B分别图示了包括电解质腔室和扩散腔室的可植入医疗设备的平面图和侧视图。如平面图中所示，可植入医疗设备包括氧气发生器410、套管420和氧气扩散器430。为了使解释清楚，侧视图图示了可植入设备的简化配置。

具体地，侧视图示出了氧气发生器410的电解质腔室412和扩散腔室413。电解质腔室412外部涂覆有对氧气和对电解质416不可渗透的材料414，例如C型聚对二甲苯。材料414的厚度在2μm至20μm的范围内变化。在实例中，厚度被设定为约5μm。材料414界定电解质腔室412的第一部分或外部部分。膜418定位在电解质腔室412和扩散腔室413之间。换句话说，电解质腔室412和扩散腔室413共用膜418。膜418由对氧气可渗透并且对电解质不可渗透的材料制成，例如(Carpinteria，California，U.S.A的)NuSil Technology LLC的MED4-4210，两部分式医疗级有机硅，其中基料和固化剂以10:1的重量比混合。膜418的厚度在100μm和500μm之间变化。在实例中，厚度被设定为约240μm。因为其对氧气可渗透但对电解质416不是可渗透的，所以膜418用作用于将氧气从电解质腔室412扩散到扩散腔室413中的界面。因此，膜418界定了电解质腔室412的第二部分或外部部分，使得膜418和材料414形成密封的电解质储器，该密封的电解质储器将氧气而不是电解质416扩散到扩散腔室413中。

扩散腔室413除了由膜418界定之外，还用材料417外部涂覆。材料417可以是对氧气不可渗透的，并且可以是与材料414相同的类型并且具有与材料414相同或基本相同的厚度。扩散腔室413可以包括具有高扩散常数或高氧气溶解度的物质415，例如全氟化碳、空气、纳米多孔玻璃、膨体聚四氟乙烯或悬浮的碳纳米管的阵列。该氧气输送物质415允许氧气从扩散腔室413快速输送出，并且可以抑制水在扩散腔室413内的凝结。在实例中，氧气输送物质415在套管420的管腔的开口处停止。在另一个实例中，氧气输送物质415被一直放置到氧气扩散器430的端部。

套管420外部涂覆有材料422。材料422可以是对氧气不可渗透的，并且可以是与材料414相同的类型并且具有与材料414相同或基本相同的厚度。另一方面，氧气扩散器430未被涂覆。因此，氧气扩散器430的外部膜432是由有机硅制成的。

如上所述，氧气发生器410(包括两个腔室412和413)、套管420和氧气扩散器430的几何形状可以基于目标医疗应用来设定。在图4A的图示中，氧气扩散器430具有钩状形状，适于在不妨碍视力的情况下围绕人体黄斑。

图5A和图5B分别图示了包括电解质腔室且不包括扩散腔室的可植入医疗设备的平面图和侧视图。该可植入医疗设备与图4的可植入医疗设备类似，除了其不包括扩散腔室之外。

如所图示的，图5A和图5B的可植入医疗设备包括氧气发生器510、套管520和氧气扩散器530。氧气发生器510包括与套管520的管腔直接接合的电解质腔室512。更具体地，对氧气和电解质516不可渗透的材料514分配(portion)电解质腔室512的内部。对氧气可渗透并且对电解质516不可渗透的材料518界定该内部的剩余部分。电解质516被包含在该内部中。材料518与套管520的管腔接合，使得氧气从电解质储器的内部直接扩散到管腔中。尽管比图4A和图4B的两腔室配置较不复杂，但是氧气发生器510的渗透速率可能相对较低。

图6A、图6B和图6C分别图示了包括主动氧气发生器和被动氧合器的混合式可植入医疗设备的平面图、右侧视图和左侧视图。如图6A中所示，混合式可植入医疗设备包括氧气发生器610、套管620和氧气扩散器630。这些部件使得能够实现混合式可植入医疗设备的主动模式。该设备还包括被定位成与氧气发生器610相邻并与氧气发生器610接触的被动氧合器650。套管620通过膜622被分开成多个通道。第一通道624界定了将氧气从氧气发生器610输送至氧气扩散器630的管腔。第二通道626界定了将氧气从被动氧合器650输送至氧气扩散器630的管腔，其中该氧气可以首先被动地接收到被动氧合器650中。膜622可以由对氧气不可渗透的材料例如C型聚对二甲苯制成，并且可以具有在2μm至20μm之间变化的厚度。在实例中，厚度被设定为约5μm。

如图6B中所示，被动氧合器650包括吸收袋652。对氧气可渗透的材料654界定吸收袋652的内部。在实例中，材料654由以下制成：(Carpinteria，California，U.S.A(美国加利福尼亚州卡平特里亚市)的)NuSil Technology LLC的MED4-4210，两部分式医疗级有机硅，其中基料和固化剂以10:1的重量比混合。材料654的厚度在100μm和500μm之间变化。在实例中，厚度被设定为约240μm。该内部中的开口连接至第二通道626的管腔。该内部还可以包含氧气输送物质656。

如图6C中所示，氧气发生器610包括电解质腔室612和扩散腔室613。该两腔室配置与图4A和图4B的氧气发生器410相似。

图7A、图7B和图7C分别图示了混合式可植入医疗设备的另一个实例的平面图、右侧视图和左侧视图。在该实例中，除了套管720和氧气扩散器730之外，该混合式设备还包括主动氧气发生器710和被动氧合器750。被动氧合器750堆叠在氧气发生器710的顶部上。图7B图示了从被动氧合器750至套管720中的相应通道的氧气路径。图7C示出了从主动氧气发生器710至套管720的另一个通道的氧气路径。

图8A、图8B和图8C分别图示了混合式可植入医疗设备的另一个实例的平面图、右侧视图和左侧视图。在该实例中，除了套管820和氧气扩散器830之外，该混合式设备还包括主动氧气发生器810和被动氧合器850。被动氧合器850与主动氧气发生器810分离并远离。相应地，混合式设备的两个部件可以被放置在受试者身体内的不同位置处。例如，被动氧合器850可以定位在高氧气张力区域中，而主动氧气发生器810可以定位在不同的区域中。

如图8A中所示，被动发生器850的开口经由另一个套管825连接至套管820的通道中的一个(被示出为通道822)。在实例中，该另一个套管825是通道822的延伸部，或者与通道822分开形成并且与通道822接合。不管怎样，套管825涂覆有对氧气不可渗透的材料827，例如C型聚对二甲苯。材料827的厚度在2μm和20μm之间变化。在实例中，厚度是约5μm。

图9A和图9B分别图示了混合式可植入医疗设备的又一个实例的平面图和侧视图。在该实例中，除了套管920和氧气扩散器930之外，该混合式设备还包括被搭配在一起的主动氧气发生器910和被动氧合器950。被动氧合器950堆叠在主动氧气发生器910的顶部上。然而，主动氧气发生器910以图5A和图5B的类似的一腔室配置包含电解质腔室并排除任何扩散腔室。充当主动氧气发生器910和被动氧合器950之间的界面的膜912由对氧气可渗透而对电解质不可渗透的材料制成。例如，膜912由以下制成：(Carpinteria，California，U.S.A的)NuSil Technology LLC的MED4-4210，两部分式医疗级有机硅，其中基料和固化剂以10:1的重量比混合。膜912的厚度在100μm和500μm之间变化。在实例中，厚度被设定为约240μm。被动氧合器950的内部完全地容纳主动氧气发生器910。该内部中的开口连接至套管920的管腔。与上文的混合式设备的套管720和820不同，套管920不需要被分开成多个通道。由主动氧气发生器910产生的氧气扩散到被动氧合器950的内部中，并且然后被输送至管腔。然而，因为被动氧合器950的外表面对氧气是可渗透的，所以产生的氧气还可以通过这些外表面扩散或泄漏到周围环境中。因此，该示例性混合式设备可能比上文的混合式设备效率低。

图10A和图10B分别图示了混合式可植入医疗设备的又一个实例的平面图和侧视图。在该实例中，除了套管1020和氧气扩散器1030之外，该混合式设备还包括被搭配在一起的主动氧气发生器1010和被动氧合器1050。被动氧合器1050部分地或完全地容纳主动氧气发生器1010。在该实例中，主动氧气发生器1010的顶面可以由对氧气不可渗透的材料1012制成。相比之下，主动氧气发生器1010的底面可以由对氧气可渗透的材料1014制成。因此，产生的氧气的任何扩散都可以在向下的方向上发生。然而，主动氧气发生器的表面的其他配置也是可能的。例如，顶面和底面两者都可以由对氧气不可渗透的材料制成，而右壁可以由可渗透的材料制成，由此在通过电解的氧气产生期间减少泄漏，因为右壁提供相对较小的渗透面积。

可以设定氧气扩散器的配置以实现从氧气扩散器的内部至周围环境的期望的氧气渗透速率。氧气渗透速率通常取决于材料的类型和厚度以及氧气扩散器的几何形状和尺寸。

在混合式设备中，氧气扩散器的配置还可以影响氧气流入扩散器的内部的开口以及在开口周围的泄漏，从而影响渗透速率。下面的图图示了不同配置的实例。

图11图示出适用于混合式可植入医疗设备的示例性氧气扩散器1110。氧气扩散器1110具有大体上钩状的形状。氧气扩散器1110的开口1112连接至套管1120的管腔，其中管腔被不透氧气的膜1122分开成被图示为第一通道1124和第二通道1126的两个通道。不透氧气的膜1122在开口1112处终止并且不延伸至氧气扩散器1110的内部1114。第一通道1124将氧气扩散器1110的内部1114连接至氧气发生器，产生第一氧气路径。类似地，第二通道1126将氧气扩散器1110的内部1114连接至被动氧合器，产生第二氧气路径。使用两个通道是例证性的。更多数量的通道也是可能的，其中每个通道可以连接至氧气发生器和被动氧合器中的一个或组合。

图12图示了适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器1210的另一个实例。这里，套管1220还被不透氧气的材料1222分开成两个通道(或更多数量)。然而，不透氧气的材料1222不是在氧气扩散器1210的开口处停止，而是延伸贯穿整个内部，从而在氧气扩散器1210内部产生两个通道1212和1214。以这种方式，可以减少氧气泄漏。特别地，由氧气发生器产生并且通过套管1220输送到氧气扩散器1210的通道之一(例如，第一通道1212)中的氧气不泄漏到另一个通道(例如，第二通道1214)中，并且不回到还连接至套管1220的被动氧合器。

图13A、图13B和图13C图示了适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器1310的又一个实例。这里，氧气扩散器1310类似于图12的氧气扩散器1210，这意味着其内部被分开成两个通道1312和1314(或更大的数量)以最小化氧气泄漏。然而，分开是竖直的，而不是水平的。特别地，不透氧气的膜1316被竖直地布置在氧气扩散器1310的内部以产生两个通道1312和1314。

其他配置用于限制从氧气发生器通过氧气扩散器到被动氧合器的氧气泄漏是可能的。这样的配置的一个实例包括使用瓣阀。特别地，瓣阀可以在氧气扩散器的开口处附接至套管的分开膜的端部。在该端部处，取决于氧气流，瓣阀可以枢轴转动以关闭或打开套管的第一通道。第一通道对应于来自被动氧合器的氧气路径。瓣阀可以由对氧气不可渗透的材料例如C型聚对二甲苯制成。因此，由氧气发生器产生的氧气流对瓣阀施加压力，从而关闭第一通道并减少氧气泄漏至被动氧合器。

氧气扩散器的其他几何形状也是可能的。虽然之前的图描述了钩状形状，但取决于期望的应用，可以使用环形、“U”形、圆筒形和/或其他形状。下面的图图示了“U”形。

图14A和图14B图示了适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器1410的实例。氧气扩散器1410大体上具有“U”形。其内部1412不被分开成多个通道。与氧气扩散器1110类似地，不管氧气的来源如何，氧气从套管被输送到单通道的内部1412中。

图15A、图15B和图15C图示了适用于混合式可植入医疗设备的氧气扩散器1510的另一个实例。这里，氧气扩散器1510的内部被分开成多个通道，例如第一通道1512和第二通道1514。每个通道接收来自不同氧气源的氧气。类似于氧气扩散器1310的分开，对氧气不可渗透的材料1516分开该内部。

可以预期的是，可植入医疗设备保持植入体内持续数月、数年，如果不是几十年的话。如此，电解质腔室内的电解质可能被耗尽并且可能需要被补充。通常，一旦电解质的水平下降至一定的水平(例如，一半)，就应当进行再填充电解质腔室。因此，电解质腔室代表可以随时间再填充的电解质储器。

不同的再填充技术是可能的。一种示例性技术可以依赖于电解质腔室的再填充口。外科工具，例如注射器、隔片和/或针可以被用来通过再填充口添加电解质。其他非侵入性技术也是可能的。这些技术可以依靠凝结、渗透(osmosis)或电子控制，并且结合下面的图被进一步描述。

图16图示了用于基于凝结的电解质再填充的电解质腔室1610的示例性配置。如所图示的，使用不同的材料来界定电解质腔室1610的不同部分。更具体地，材料1620可以界定第一部分并且可以是对氧气和电解质1650不可渗透的。C型聚对二甲苯适用于材料1620。材料1630可以界定第二部分并且可以是对氧气可渗透的并且对电解质1650不可渗透的。有机硅适用于材料1630。材料1640可以界定第三部分，可以是对氧气和电解质1650不可渗透的，并且可以促进凝结。例如，材料1640可以是亲水性材料，例如金属或玻璃，或者可以具有亲水性表面(例如可以由涂覆有亲水性材料的C型聚对二甲苯制成)。三种材料1620、1630和1640可以形成用于容纳电解质1650的密封的储器。通过冷却材料1640，产生蒸气压差，由此触发在电解质腔室1610内的亲水性表面发生凝结。冷却可以通过吹冷空气或用冷水漂洗(例如，在比身体的温度更低的温度)来实现。例如，当将氧气发生器放置在结膜下空间时，可以用非侵入性工具进行冷却。

图17图示了用于基于渗透的电解质再填充的电解质腔室1710的示例性配置。如所图示的，电解质腔室1710的内部经由该内部的开口1712连接至套管1750的管腔。电解质1720存在于该内部和管腔两者中。套管1750具有膜1752，膜1752对电解质1720是不可渗透的但允许来自周围环境的另外的电解质渗透进入管腔并且因此进入电解质腔室1710的内部。当进行电解时，电解质1720的离子浓度下降，从而触发渗透，该渗透然后导致电解质腔室1710的内部用另外的电解质再填充。

图18图示了用于电解质再填充的电子控制的电解质腔室1810的示例性配置。这里，电解质腔室1810经由套管1830连接至电解质源1820。电解质源1820可以具有电解质腔室的上述配置中的任何配置，并且因此还可以经由再填充口、凝结、渗透或其他基于电子的控制机构来补充电解质。电解质源1820储存可以被供应至电解质腔室1810的内部的另外的电解质1822。供应路径包括套管1830的管腔和单向瓣阀1824。单向瓣阀1824可以被附接至套管1830的任一端。在氧气压力超过一定水平后，单向瓣阀1824可以打开以供应另外的电解质1822。在实例中，通过在电解质源1820的内部进行电解来增加氧气压力。电解可以由可植入医疗设备的微控制器来控制或触发。

在实例中，可植入医疗设备被无线供电。不同的电气部件可以被用于这个效果。它们包括无线供电、接收数据和/或传输控制信息的外部部件。外部部件可以包括电源诸如电池、功率放大器、外部感应线圈以及其他部件。外部部件可以被包装在可以被受试者穿戴的外部设备中(例如，可以被一体化在眼罩、眼镜及类似物中以用于医疗设备的基于眼睛的植入)。通常，外部部件或等效的外部设备形成初级侧。

可植入医疗设备，并且更具体地，氧气发生器可以被视为包括电路和无线地接收电力的内部电感线圈的负载以及将接收的能量转换成DC用于运行电路的电力恢复电路(power recovery circuit)。氧气发生器形成次级侧。反馈回路，如结合图3所描述的，可以被用来控制来自初级侧的功率。次级侧(例如，氧气发生器)还可以包括通过感应耦合被充电的电池。在没有初级电源的情况下，电池可以为电解供电。反馈回路可以被用于控制来自电池的电力供应。

图19图示了外部设备1910和氧气发生器1920的示例性电气部件。在图中确定了对于3MHZ操作频率的电气部件的符号和值。其他值和/或电路配置可以用于其他操作频率。在该3MHz操作频率时，在线圈之间的距离为约2厘米并且相对角度高达20度的条件下，提供足够的电压(例如在2伏至3伏的范围内)用于电解。

图20A-图20H图示了用于制造可植入医疗设备的工艺的实例，所述可植入医疗设备至少包括氧气发生器、套管和氧气扩散器。半部模具的不同配置是可能的，其中配置改变空腔的几何形状以制造可植入医疗设备的特定配置。有机硅和厚的C型聚对二甲苯(例如厚度约5μm)被图示为分别形成可渗透膜和不可渗透膜的两种材料。其他材料可以类似地被用于膜。例如，膨体聚四氟乙烯(PTFE)和/或薄的聚对二甲苯(例如，小于1μm的C型聚对二甲苯或其他类型的聚对二甲苯)可以被用于可渗透膜。金属、玻璃和/或厚的聚对二甲苯(例如，大于2μm的C型聚对二甲苯或其他类型的聚对二甲苯)可以被用于不可渗透膜。这样的材料可以通过制造工艺来添加或沉积。

在图20A中，获得半部模具2000。通过使用光致抗蚀剂、掩模以及暴露于可见光或紫外(UV)光或其他电磁辐射来形成半部模具2000。因为掩模可以被容易地改变，所以可以容易地定制半部模具以产生定制的可植入医疗设备。半部模具2000具有适于形成可植入医疗设备的部分的空腔2002。通常，因为可植入医疗设备具有至少三个主要零件(part)(例如，氧气发生器、套管和氧气扩散器)，所以半部模具2000具有至少三个对应的部段(section)，每个部段包括空腔2002，空腔2002的尺寸设置为用于可植入医疗设备的对应的零件。

在图20B中，半部模具2020的顶部部分整体用C型聚对二甲苯的涂层2010涂覆，以便减小有机硅和半部模具之间的粘附并且因此增加模具的离模性(releasability)。取决于半部模具的表面光洁度(surface finish)，涂层可能不是必需的。例如，在金属模具的情况下可能不需要C型聚对二甲苯。

在图20C中，将未固化的有机硅2020倒入涂覆的空腔2002中，以便进一步涂覆空腔2002的底部和侧面。然后其在100℃被固化持续5分钟。

在图20D中，固化的有机硅2020从半部模具2000中释放。类似地，其他固化的有机硅片从不同的半部模具中释放。固化的有机硅2022是现有的有机硅2020的镜像，并且可以被用于形成氧气发生器。类似地，固化片2030和2032是彼此的镜像，并且可以被用于形成套管。对于氧气扩散器也存在类似的固化有机硅片。成对的固化有机硅片的接合边缘涂覆有未固化的有机硅。在实例中，两个固化的有机硅片2020和2022在接合时形成氧气发生器的电解质腔室和扩散腔室。因为这两个腔室通过有机硅膜接合，所以固化的有机硅条2024在它们之间被添加并且可以延伸穿过以形成界面膜(interfacing membrane)。另一方面，对于套管不存在界面膜。因此，固化的有机硅条2034被添加在有机硅片2030和2032的接合边缘之间而不延伸穿过。如上文所描述的，在半部模具中制造固化的有机硅条2024和2034。一旦这些片邻接(adjoin)，它们然后在100℃固化持续3小时。氧气发生器的其他主要部件类似地邻接(例如，分隔层和电路层)。

在图20E中，电极(未示出)被插入到电解质腔室2040中。钢管2052还被插入到套管2050中。

在图20F中，由电解质腔室2040和扩散腔室2042(和其他主要部件)以及套管形成的氧气发生器部分地涂覆有C型聚对二甲苯的涂层2060。涂层的厚度是约5μm。C型聚对二甲苯可以使用化学气相沉积(CVD)来沉积。

在图20G中，C型聚对二甲苯和有机硅从套管2050的一端2070移除。该端部2070将连接至氧气扩散器。

在图20H中，套管2050的C型聚对二甲苯和有机硅自由端2070被插入到氧气扩散器2080的开口中并且被粘合。可植入医疗设备可以在烘箱中进一步固化以加强套管2050和氧气扩散器2080的附接。

图21是图示用于制造可植入医疗设备的工艺2100的流程图。可植入医疗设备至少包括氧气发生器、套管和氧气发生器。其还可以包括被动氧合器，该被动氧合器可以通过使用合适的半部模具制造并且在固化过程期间被添加至可植入医疗设备中。为了解释的清楚，氧气发生器被图示为具有腔室(例如扩散腔室)和储器(例如电解质储器)。然而，氧气发生器可以包括其他零件(part)，例如电路层和分隔层。这些其他层可以通过使用合适的半部模具制造并且也在固化过程期间添加至可植入医疗设备中。还为了解释的清楚，有机硅和C型聚对二甲苯分别被示为形成可植入医疗设备的可渗透膜和不可渗透膜。可以另外或可选择地使用其他材料。通常，可以使用对预定义类别的小分子例如分子氧(O₂)可渗透的第一材料来形成可渗透膜。可以使用对预定义类别的小分子不可渗透的第二材料来形成不可渗透膜。第一材料的实例包括膨体聚四氟乙烯(PTFE)、有机硅和薄的聚对二甲苯(例如，小于1μm的C型聚对二甲苯或其他类型的聚对二甲苯)。第二材料的实例包括金属、玻璃和/或厚的聚对二甲苯(例如，大于2μm的C型聚对二甲苯或其他类型的聚对二甲苯)。

在操作2102中，将C型聚对二甲苯涂覆在半部模具上以增加这样的模具的离模性。每个半部模具可以具有一个或更多个空腔。每个空腔对应于可植入医疗设备的零件的部分(例如腔室的一半、储器的一半、套管的一半、氧气扩散器的一半等)。

在操作2104中，未固化的生物相容性有机硅铺展在半部模具上。合适的有机硅包括(Carpinteria，California，U.S.A的)NuSil Technology LLC的MED4-4210，两部分式医疗级有机硅，其中基料和固化剂以10:1的重量比混合。

在操作2106中，有机硅半部被部分固化。例如，有机硅在100℃固化持续5分钟。

在操作2108中，部分固化的有机硅半部从模具中剥离。该半部具有邻接的边缘。

在操作2110中，未固化的有机硅被施加至邻接的边缘。未固化的有机硅是生物相容性的，并且被用于使有机硅半部与相应的有机硅半部邻接。对于不同的部分固化的有机硅半部重复操作2108和2110，其中这些半部中的每一个界定可植入医疗设备的零件的部分(例如，一半的腔室、一半的储器、一半的套管、一半的氧气扩散器等)。

在操作2112中，取决于半部的类型，将部分固化的有机硅条添加至部分固化的有机硅半部的邻接的边缘或添加至这样的边缘之间(由此在边缘之间延伸)。如果半部是腔室和储器之间的界面膜，则该条在其边缘之间延伸。否则，该条是边缘中一个的局部。在操作2112中，在添加对应的条之后，成对的对应的半部也沿着它们的边缘对齐并邻接。

在操作2114中，对齐并邻接的、部分固化的有机硅半部被进一步固化以产生一体形成的有机硅工件。固化在100℃进行持续3小时。工件包括腔室、储器、套管和氧气扩散器。储器和腔室由有机硅膜(例如，添加的有机硅条之一)分隔。套管将腔室连接至氧气扩散器。这些零件由有机硅制成，并且在该过程中它们此时都没有用C型聚对二甲苯涂覆。提取过程可以被应用于固化的有机硅工件以去除任何未固化的要素(element)。在实例中，提取过程包括在一段时间内，例如几天，将固化的有机硅工件浸泡在有机溶剂例如丙酮、庚烷和/或己烷中。

在操作2116中，将一组电极和金属管分别插入到储器和套管中。电极由生物相容性导体例如金或铂制成。金属管由生物相容性金属例如钢制成。

在操作2118中，C型聚对二甲苯的涂层被沉积在腔室、储器和套管的外表面上。

在操作2120中，将C型聚对二甲苯和有机硅从套管的端部移除以形成自由端。自由端将被连接至扩散器。

在操作2122中，将自由端插入并粘合至扩散器，从而将套管连接至扩散器。

在操作2124中，有机硅工件被进一步固化以加强套管与扩散器的附接。

在操作2126中，电解质被插入到储器中。这可以发生在有机硅工件被固化之后。

图22是图示用于使用可植入医疗设备的工艺2200的流程图。工艺2200包括将可植入医疗设备插入到受试者的眼球中。这种插入可以经由外科手术来进行。其后，工艺2200还包括基于无线电力使电解在可植入医疗设备内发生。与在受试者身体的其他部位中的植入有关的类似用途是可能的。

在操作2202中，提供可植入医疗设备。可植入医疗设备包括氧气发生器、氧气扩散器和套管。氧气发生器是对氧气不可渗透的，并且包括包含电解质和一组电极的电解质储器。氧气扩散器对氧气是可渗透的。套管将氧气发生器连接至氧气扩散器。

在操作2204中，切割穿过眼球的切口。切口的尺寸取决于套管和氧气扩散器的尺寸。氧气扩散器可以是可折叠的、可卷曲的和/或可拉伸的，从而减小切口所需的尺寸。氧气扩散器的形状也可以减小所需的尺寸。在钩状形状的情况下，切口不需要大于氧气扩散器内部的直径。外科医生可以通过从自由端推动钩穿过切口直至完全插入来定位氧气扩散器。

在操作2206中，套管被弯曲。例如，套管包括金属板或金属条以便于弯曲并且保持在适当的位置。

在操作2208中，将氧气扩散器放置为紧靠目标组织，例如黄斑。例如，通过切口将氧气扩散器和一部分的套管拉入眼球内。

在操作2210中，氧气发生器放置在眼睛的结膜和巩膜之间。

在操作2212中，氧气发生器被附接至巩膜。例如，缝合或粘合可以被用于这种附接。

在操作2214中，套管被定向成使得氧气扩散器在黄斑附近。

在操作2216中，电源被放置在眼球外部的位置处。例如，电源的感应线圈被放置在距离结膜(或更具体地，距离氧气发生器的感应线圈)两厘米内并且与结膜成20度角内。感应耦合被用于无线地将来自电源的电力提供至氧气发生器。

在操作2218中，通过电源施加电力。感应耦合发生。然后将DC电压施加至氧气发生器的一组电极。该一组电极与电解质储器中的电解质接触。电压施加引起电解，从而由电解质产生氧气。产生的氧气从电解质储器中经由对氧气可渗透的膜来提供。产生的氧气经由套管被输送至氧气扩散器用于通过黄斑释放到眼球中。

尽管上文已经描述了被认为是最佳模式和/或其他实例的内容，但是应当理解，可以在其中进行各种修改并且本文公开的主题可以以各种形式和实例来实施，并且教导可以应用于许多应用中，本文中仅已经描述了其中的一些。所附权利要求意图要求保护落入本教导的真实范围内的任何和所有的应用、修改和变化。

除非另有说明，否则在本说明书中(包括在所附的权利要求书中)提出的所有测量值、值、等级、位置、量级、尺寸和其他规格都是近似的，而不是精确的。它们意图具有与它们所涉及的功能以及它们所属的领域中常规的内容相一致的合理范围。“约”包括在±0.01％、±0.1％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±8％、±10％、±15％、±20％、±25％的偏差内或本领域中其他已知的偏差内。“大体上”是指多于66％、75％、80％、90％、95％，或者取决于该术语大体上出现在其中的上下文，如本领域中以其他方式已知的值。

保护范围仅由现在所遵循的权利要求限制。当根据本说明书和随后的起诉历史进行解释时，该范围意图是并且应当被解释为是与在权利要求中使用的语言的普通含义一致的尽可能宽的范围，并且涵盖所有结构的和功能的等同物。尽管如此，没有一项权利要求意图涵盖不满足“专利法(Patent Act)”的第101、102或103条的要求的主题，也不应当以这样的方式解释它们。在此放弃任何意外包含的这样的主题。

除了如最近的上文所陈述的之外，任何已经陈述或图示的内容都不意图或不应当被解释为造成对公众贡献任何部件、步骤、特征、对象、益处、优点或等同物，无论其在权利要求中被叙述还是没有被叙述。

将理解的是，本文使用的术语和表达具有与这样的术语和表达关于它们各自相应的查询和研究的领域一致的普通含义，除非本文另外阐述了特定的含义。诸如第一和第二及类似的关系术语可以仅被用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不必要求或暗示这样的实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”或其任何其他变型意图涵盖非排他性的包含，使得包括要素的清单的工艺、方法、物品或装置不是仅包括那些要素，而是可以包括没有明确列出的或这样的工艺、方法，物品或装置所固有的其他要素。由“一(a)”或“一(an)”开头的要素在没有进一步约束的情况下不排除在包括该要素的工艺、方法、物品或装置中存在另外的相同要素。

本公开内容的摘要被提供以允许读者快速确定技术公开内容的性质。提交时的理解是，其不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在前面的详细描述中，可以看出，出于简化本公开内容的目的，各种特征在各种实施方案中被组合在一起。本公开内容的方法不应被解释为反映以下的意图：即所要求保护的实施方案需要比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征。相反，如以下权利要求所反映的，本发明的主题在于少于单个公开的实施方案的所有特征。因此，所附的权利要求据此被并入到详细描述中，其中每个权利要求本身作为单独要求保护的主题。

Claims (38)

1.一种可植入医疗设备，包括：

小分子发生器，所述小分子发生器包括电解质储器和一组电极，其中：

所述电解质储器的第一部分对预定类别的小分子是不可渗透的，所述电解质储器的第二部分对所述小分子是可渗透的，并且

所述一组电极被布置在所述电解质储器内，并且被配置成基于对所述一组电极的电力施加以及基于所述电解质储器内电解质的存在而促进所述小分子的电解；

小分子扩散器，其中所述小分子扩散器的至少一部分对所述小分子是可渗透的；以及

套管，所述套管对所述小分子是不可渗透的并且包括管腔，其中所述管腔将所述小分子发生器连接至所述小分子扩散器。

2.如权利要求1所述的可植入医疗设备，还包括腔室，其中至少所述腔室和所述电解质储器形成对所述小分子不可渗透的袋，其中所述电解质储器的所述第二部分与所述腔室共用，并且其中所述管腔的端部连接至所述腔室的开口。

3.如权利要求2所述的可植入医疗设备，其中所述小分子发生器远离所述小分子扩散器，其中所述套管比所述袋和所述小分子扩散器窄，其中所述小分子包含氧气分子，其中所述腔室包含氧气输送物质。

4.如权利要求3所述的可植入医疗设备，其中所述氧气输送物质包括以下中的至少一种：全氟化碳、空气、纳米多孔玻璃、膨体聚四氟乙烯或悬浮的碳纳米管的阵列。

5.如权利要求3所述的可植入医疗设备，其中所述小分子扩散器形成可渗透囊，并且其中所述管腔以及所述可渗透囊的内部包含所述氧气输送材料。

6.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述管腔的端部连接至所述电解质储器的对所述小分子是可渗透的所述第二部分。

7.如权利要求1所述的可植入医疗设备，还包括吸收袋，所述吸收袋对所述小分子是可渗透的，其中所述管腔还将所述吸收袋连接至所述小分子扩散器。

8.如权利要求7所述的可植入医疗设备，其中所述电解质储器和所述吸收袋共用所述电解质袋的对所述小分子不可渗透的所述第一部分。

9.如权利要求7所述的可植入医疗设备，其中所述套管包括对所述小分子不可渗透的材料，其中所述材料将所述管腔分开为至少两个通道，其中第一通道将所述小分子发生器连接至所述小分子扩散器，并且其中第二通道将所述吸收袋连接至所述小分子扩散器。

10.如权利要求9所述的可植入医疗设备，其中所述小分子扩散器形成可渗透囊，所述可渗透囊包括通过对所述小分子不可渗透的所述材料隔开的两个内部，其中所述管腔的所述第一通道连接至所述内部的第一内部，并且其中所述管腔的所述第二通道连接至所述内部的第二内部。

11.如权利要求9所述的可植入医疗设备，其中所述小分子扩散器形成可渗透囊，其中所述第一通道和所述第二通道连接至所述可渗透囊的单个内部。

12.如权利要求11所述的可植入医疗设备，其中所述套管包括布置在所述管腔的在所述第一通道和所述第二通道之间的端部处的阀。

13.如权利要求9所述的可植入医疗设备，其中所述小分子扩散器包括共用对所述小分子可渗透的表面的两个可渗透囊，其中所述第一通道连接至第一可渗透囊，并且其中所述第二通道连接至第二可渗透囊。

14.如权利要求7所述的可植入医疗设备，其中所述电解质储器和所述吸收袋被分别形成。

15.如权利要求1所述的可植入医疗设备，还包括对所述小分子可渗透的腔室，其中所述电解质储器的所述第二部分与所述腔室共用，并且其中所述管腔的端部连接至所述腔室的开口。

16.如权利要求1所述的可植入医疗设备，还包括对所述小分子可渗透的腔室，其中所述腔室围绕所述电解质储器的至少一部分。

17.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述电极被布置成螺旋形布置。

18.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述电极被布置成交错布置。

19.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述电极沿着板分布。

20.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述电力施加包括施加在2伏和3伏之间变化的电压。

21.如权利要求1所述的可植入医疗设备，还包括线圈，所述线圈被配置成将所述可植入医疗设备的电路感应耦合至外部电源，其中所述电路包括微控制器。

22.如权利要求21所述的可植入医疗设备，其中所述电路被印刷在基于生物相容性聚合物的基底上。

23.如权利要求21所述的可植入医疗设备，其中所述微控制器被配置成控制对所述一组电极的所述电力施加。

24.如权利要求23所述的可植入医疗设备，其中所述电力施加是基于对所述微控制器关于所述小分子的电解的反馈回路来控制的。

25.如权利要求24所述的可植入医疗设备，其中所述反馈回路包括压力传感器或氧气传感器中的至少一种。

26.如权利要求24所述的可植入医疗设备，其中所述反馈回路促进对所述电解质储器中的所述电解质的水平的测量，其中所述测量是基于所述电极之间的电阻率或由所述电力施加所引出的电流的量。

27.如权利要求23所述的可植入医疗设备，其中所述微控制器被配置成测量所述电解质储器中的所述电解质的水平，并且其中所述电路还包括被配置成将关于所述电解质的水平的数据传输至外部计算设备的发射器。

28.如权利要求23所述的可植入医疗设备，其中所述微控制器被配置成测量通过所述电解产生的小分子的量，并且其中所述电路还包括存储器和发射器，所述存储器被配置成存储关于所产生的小分子的量的数据，所述发射器被配置成将所述数据传输至外部计算设备。

29.如权利要求23所述的可植入医疗设备，其中所述电路包括可再充电电源，并且其中所述微控制器被配置成基于一天中的时间来控制来自所述可再充电电源的所述电力施加。

30.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述电解质储器包括透明观察口，所述透明观察口被配置成促进所述电解质储器中的所述电解质的水平的目视检查。

31.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述电解质储器是可再填充一定量的所述电解质的。

32.如权利要求31所述的可植入医疗设备，其中所述电解质储器包括内部亲水性表面，所述内部亲水性表面被布置成促进所述一定量的所述电解质的凝结。

33.如权利要求31所述的可植入医疗设备，还包括对所述电解质可渗透的袋，其中所述袋的开口连接至所述电解质储器的开口，并且其中在给定所述电解质储器内的离子浓度的情况下，所述一定量的所述电解质是基于穿过所述袋的渗透而可用的。

34.如权利要求31所述的可植入医疗设备，还包括第二电解质储器和第二套管，所述第二套管将所述第二电解质储器连接至所述电解质储器，其中基于所述第二电解质储器和所述电解质储器之间的压差，所述一定量的所述电解质对于从所述第二电解质储器的输送是可用的。

35.一种制造可植入医疗设备的方法，所述方法包括：

将第一材料铺展在半部模具上，所述第一材料在固化后对一类的小分子是可渗透的；

使所述半部模具上的所述第一材料部分固化以产生部分固化的材料半部；

将所述部分固化的材料半部中的一个与所述部分固化的材料半部中的另一个对齐、接合并进一步固化，以产生一体形成的工件，其中所述工件包括腔室和储器，所述储器通过由固化的第一材料制成的膜与所述腔室隔开，其中所述工件还包括套管和氧气扩散器，所述氧气扩散器经由所述套管连接至所述第一腔室；

将一组电极插入到所述储器中并且将金属管插入到所述套管中；以及

在放置所述一组电极和所述金属管之后，在所述腔室、所述储器和所述套管上沉积第二材料，所述第二材料在固化后对所述小分子是不可渗透的。

36.如权利要求35所述的制造方法，其中所述第一材料包括有机硅，其中所述第二材料包括聚对二甲苯，并且还包括：在沉积所述聚对二甲苯之后将电解质插入到所述储器中。

37.一种使用可植入医疗设备的方法，所述方法包括：

提供可植入医疗设备，其中所述可植入医疗设备包括小分子发生器、小分子扩散器和套管，其中所述小分子发生器对预定类别的分子是不可渗透的并且包括包含电解质和一组电极的电解质储器，其中所述小分子扩散器对所述小分子是可渗透的，并且其中所述套管将所述小分子发生器连接至所述小分子扩散器；

将所述小分子扩散器放置在眼球内；

将所述小分子发生器放置在所述眼球的结膜和巩膜之间；以及

将所述小分子发生器附接至所述巩膜。

38.如权利要求37所述的方法，还包括：

将电源放置在所述眼球的外部的位置，其中所述位置距离所述小分子发生器的线圈小于2厘米并且相对于所述线圈成小于20度的角度；以及

施加来自所述电源的电力，其中所述施加基于通过所述线圈的感应耦合而引起对所述一组电极的电力施加，并且其中所述电力施加引起通过电解在所述电解质储器中产生所述小分子，并且其中所述电解质储器的可渗透部分促进所述小分子扩散进入所述套管中，并且其中所述套管的管腔促进所述小分子向所述小分子扩散器的输送，并且其中所述小分子扩散器的可渗透部分促进所述小分子扩散进入所述眼球中。