CN110755699A - 可植入的电渗微泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种可植入的电渗微泵装置。可植入的电渗微泵装置包括：多孔介质薄膜，多孔介质薄膜能够在电压作用下产生电渗流形成微泵驱动力；两个固态微电极，两个固态微电极设置在多孔介质薄膜的两侧；防水涂层，防水涂层由防水材料涂覆在两个固态微电极的表面而形成，防水涂层用于阻隔流体与固态微电极接触。根据本发明实施例的可植入的电渗微泵装置，通过涂覆在固态微电极上的防水材料阻隔流体与固态微电极的接触，防止固态微电极表面发生水解，避免产生气泡、水解副产物对流体流动的干扰，同时，避免固态微电极发生腐蚀，使其能够提供稳定的驱动力，从而使可植入的电渗微泵装置能够长期稳定在体内运行。

Description

可植入的电渗微泵装置

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种可植入的电渗微泵装置。

背景技术

目前，临床上多采用定期进行经皮穿刺插管引流来缓解体内过量积水病症，但是这种引流方式盲目、被动，且无法确定引流量，从而导致引流不足或引流过度而使器官受损，此外，该种引流治疗只能在医院做，耗时费力，频繁穿刺插管容易感染。在给药治疗方面，除人工局部穿刺注射外，临床上也有体外微量注射泵给药，药物在泵压下经长期插入体内的导管打入病灶区域。但微注射泵通常挂在体外，不利于人体活动，皮肤穿刺口容易感染。

微泵是一种具有精准调控流体流量的微驱动装置，在植入式医疗器械技术领域具有非常好的应用前景，能够应用到体内过量积水精准引流、糖尿病/肿瘤化疗/镇痛用微量靶向给药等方面。

常规的电渗微泵多采用固态金属作电极，电极设置在泵内微流通道附近与微流体直接接触，在电压下产生驱动电场。由于电极长时间与流体直接接触，电极表面易发生水解反应产生气泡、水解副产物等。随着水解反应的进行，气泡和水解副产物逐渐聚集在电极表面并降低加载电压的有效利用率，甚至会流进微流道阻塞电渗流动，从而影响电渗微泵的正常运行，使其不能长期稳定在体内运行，此时，需要将电渗微泵从体内取出，并更换新的电渗微泵植入体内，从而增加医务工作者的工作量，增加患者的痛苦。

发明内容

本发明的目的是至少解决电渗微泵不能长期稳定在体内运行的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提出了一种可植入的电渗微泵装置，包括：多孔介质薄膜，所述多孔介质薄膜能够在电压作用下产生电渗流形成微泵驱动力；两个固态微电极，所述两个固态微电极设置在所述多孔介质薄膜的两侧；防水涂层，所述防水涂层由防水材料涂覆在所述两个固态微电极的表面而形成，所述防水涂层用于阻隔流体与所述固态微电极接触。

根据本发明实施例的可植入的电渗微泵装置，通过涂覆在固态微电极上的防水材料阻隔流体与固态微电极的接触，防止固态微电极表面发生水解，避免产生气泡、水解副产物对流体流动的干扰，同时，避免由水解导致的固态微电极发生腐蚀，使其能够提供稳定的驱动力，从而增强微泵装置运行的稳定行、可靠性及使用寿命，使可植入的电渗微泵装置能够长期稳定在体内运行，进而避免频繁更换体内的电渗微泵装置，减少医务工作者的工作量，减轻患者的痛苦。

另外，根据本发明实施例的可植入的电渗微泵装置，还可以具有如下的技术特征：

在本发明的一些实施例中，可植入的电渗微泵装置还包括电源模块，所述电源模块的两端通过引线与所述两个固态微电极连接，所述电源模块置于体外或体内。

在本发明的一些实施例中，可植入的电渗微泵装置还包括壳体，所述多孔介质薄膜和所述固态微电极均设置在所述壳体的内部，所述引线穿过所述壳体将所述固态微电极与所述电源模块连接，在所述壳体上设有流体入口和流体出口。

在本发明的一些实施例中，所述流体入口和所述流体出口设置在所述壳体上相对的两侧并且位于所述多孔介质薄膜的侧方，或者所述流体入口和所述流体出口设置在所述壳体上相对的两侧并且位于所述多孔介质薄膜的两端。

在本发明的一些实施例中，所述壳体的制作材料为具有生物相容性的材料，所述具有生物相容性的材料为聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚四氟乙烯、硅胶、玻璃、钛、铂、铱、铂铱合金、金或钽。

在本发明的一些实施例中，所述电源模块为恒定电源或可调节电源，所述可调节电源为有线电源或无线电源。

在本发明的一些实施例中，所述无线电源包括体内无线供电线圈和体外无线供电线圈，所述体内无线供电线圈通过所述引线与所述固态微电极连接，所述体外无线供电线圈置于体外。

在本发明的一些实施例中，所述引线和/或所述固态微电极的制作材料为具有生物相容性的材料，所述具有生物相容性的材料为钛、铂、铱、铂铱合金、金或钽，在所述引线上涂覆有所述防水材料。

在本发明的一些实施例中，所述固态微电极为无孔型电极或多孔型电极，在所述多孔型电极上设有能够使所述流体通过的微电极孔道。

在本发明的一些实施例中，所述防水材料和/或所述多孔介质薄膜为具有生物相容性的材料，所述具有生物相容性的材料为聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚氨酯、硅胶或玻璃，所述多孔介质薄膜的厚度为微米或亚毫米级，所述防水材料的涂层厚度为微米级、亚微米级或纳米级。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一个实施例的可植入的电渗微泵装置的整体结构示意图；

图2为本发明第二个实施例的可植入的电渗微泵装置的整体结构示意图；

图3为本发明第三个实施例的可植入的电渗微泵装置的整体结构示意图；

图4为图1中A-A截面图；

图5为图1中A-A截面图；

图6为图1中A-A截面图。

附图中各标记表示如下：

10：多孔介质薄膜；

20：固态微电极、21：微电极孔道；

30：防水涂层；

40：电源模块、41：体内无线供电线圈；

50：引线、51：正极引线、52：负极引线；

60：壳体、61：流体入口、62：流体出口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1、图2所示，本发明实施例提出了一种可植入的电渗微泵装置，包括：多孔介质薄膜10、两个固态微电极20和防水涂层30，多孔介质薄膜10在电压作用下产生电渗流形成微泵驱动力；两个固态微电极20设置在多孔介质薄膜10的两侧；防水涂层30由防水材料涂覆在两个固态微电极20的表面而形成，防水涂层30用于阻隔流体与所述固态微电极接触。

根据本发明实施例的可植入电渗微泵装置，通过涂覆在固态微电极20上的防水涂层30阻隔流体与固态微电极20的接触，防止固态微电极20表面发生水解，避免产生气泡、水解副产物对流体流动的干扰，同时，避免由水解导致的固态微电极20发生腐蚀，使其能够提供稳定的驱动力，从而增强微泵装置运行的稳定行、可靠性及使用寿命，使可植入的电渗微泵装置能够长期稳定在体内运行，进而避免频繁更换体内的电渗微泵装置，减少医务工作者的工作量，减轻患者的痛苦。

在本发明的一些实施例中，可植入的电渗微泵装置还包括电源模块40，电源模块40的两端通过引线50与两个固态微电极20连接，根据电源模块40的电压是否可调节，将电源模块40置于体外或体内。

具体地，电源模块40为恒定电源或可调节电源。当电源模块40是恒定电源时，将电源模块40植入体内，两个固体微电极20通过引线50与体内的电源模块40的两端连接，该电源模块40为可植入的电渗微泵装置提供恒定电流；当电源模块40是可调节电源时，将电源模块40置于体外，两个固体微电极20通过引线50皮穿出人体与体外的电源模块40的两端连接，通过调节电源模块40的电压来控制体内的电渗微泵装置的流量大小；当电源模块40为可调节电源时，还可以采用无线耦合供电的方式为可植入的电渗微泵装置供电，电源模块40包括体内无线供电线圈41(如图3所示)和体外无线供电线圈(图中未示出)，体内无线供电线圈41植入体内，体内无线供电线圈41的两端通过引线50与两个固态微电极20连接，体外无线供电线圈置于体外，体内无线供电线圈41在体外无线供电线圈的电磁耦合感应下获得电能为可植入的电渗微泵装置供电，通过调节体外无线供电线圈的供电量来控制体内的电渗微泵装置的流量大小。

在本发明的一些实施例中，可植入的电渗微泵装置所需的驱动电压可以是直流电压，也可以是交流电压。

在本发明的一些实施例中，引线50包括正极引线51和负极引线52，正极引线51和负极引线52在功能上无差别，当电源的正负极调换时，可以调换正极引线51和负极引线52，此时可植入的电渗微泵装置驱动流体流动方向发生改变。

在本发明的一些实施例中，可植入的电渗微泵装置还包括壳体60，多孔介质薄膜10、固态微电极20和防水涂层30均设置在壳体60的内部，引线50穿过壳体60将固态微电极20与电源模块40连接，在壳体60上设有流体入口61和流体出口62，体内无线供电线圈41设置在壳体60的外侧。流体由流体入口61流入壳体60内的多孔介质薄膜10，在电压的作用下形成电渗驱动力，该驱动力作用于附近的流体驱动其流动，从而形成电渗流，最后由流体出口62流出。

在本发明的一些实施例中，如图1、图3所示，流体入口61和流体出口62设置在壳体60上相对的两侧并且位于多孔介质薄膜10的侧方，此时，流体从流体入口61至流体出口62的流动方向与电场线方向平行，以最大限度减小流动阻力。此时，流体需要穿过固态微电极20才能到达多孔介质薄膜10，固态微电极20为多孔型电极，固态微电极20上设有微电极孔道21，防水涂层30涂覆在固态电极20的表面和微电极孔道21内，流体通过微电极孔道21穿过固态微电极20时与防水涂层30接触，不会造成固态微电极20表面发生水解。

进一步地，多孔型电极可以是圆形多孔结构(如图4所示)、矩形多孔结构(如图5所示)、蛇形多孔结构(如图6所示)、螺旋形结构或锯齿形等结构形式，该多孔型电极不局限于本实施例中的几种结构形式，其他能满足流体通过的结构形式也可以。

在本发明的另一些实施例中，如图2所示，当流体入口61和流体出口62设置在壳体60上相对的两侧并且位于多孔介质薄膜10的两端，此时，流体入口61和流体出口62垂直于或与流体流动方向保持一定倾斜角，防水涂层30和多孔介质薄膜10之间设有间隙，流体流入间隙到达多孔介质薄膜10，此时固态微电极20为无孔型电极，该结构流体入口61和流体出口62的设置虽然会增加流体的流动阻力，但无孔型电极的制作难度较低。

在本发明的一些实施例中，壳体60的制作材料为具有生物相容性的聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚四氟乙烯、硅胶、玻璃、钛、铂、铱、铂铱合金、金或钽，多孔介质薄膜10的制作材料为具有生物相容性的聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚氨酯、硅胶或玻璃，固态微电极20、引线50和体内无线供电线圈41的制作材料均为具有生物相容性的钛、铂、铱、铂铱合金、金或钽，防水涂层30为具有生物相容性的聚对二甲苯或聚酰亚胺，该可植入的电渗微泵装置的每个部分均采用具有生物相容性的材料，该材料能够在体内保持相对稳定，不被排斥和破坏，从而保证可植入的电渗微泵装置在体内的长期稳定地运行。

在本发明的一些实施例中，在引线50上涂覆有防水材料，用于隔离流体与引线50接触，防止壳体60内的流体与其发生水解反应，从而避免水解反应影响可植入的电渗微泵装置的正常运行。

在本发明的一些实施例中，引线50、体内无线供电线圈41和固态微电极20可以是金属薄膜或金属丝，其中，金属薄膜的厚度尺寸和金属丝的直径尺寸均为微米级、亚微米级或纳米级。

在本发明的一些实施例中，多孔介质薄膜10由填充物填充而成，填充物为流道、球体或柱体，其中，流道可以是一根，也可以是多根并联而成，填充物的尺寸为微米级、亚微米级或纳米级。

在本发明的一些实施例中，固态微电极20的防水涂层30的厚度为微米级、亚微米级或纳米级，多孔介质薄膜10的膜厚为微米级或亚毫米级，在该尺寸下，可植入的电渗微泵装置需要提供的驱动电压很低，一般情况下几伏特电压就可以很好地驱动流体流动，伴随而来的电流焦耳热也就很低，几乎不会对装置及附近人体组织带来明显的温升。

在本发明的一些实施例中，固态微电极20、防水涂层30、微电极孔道21、引线50、无线供电线圈41、多孔介质薄膜10均可采用MEMS微加工工艺制作，壳体60可采用MEMS封装工艺制作，其中，引线50采用MEMS馈通封装工艺与固态微电极20连接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可植入的电渗微泵装置，其特征在于，包括：

多孔介质薄膜，所述多孔介质薄膜能够在电压作用下产生电渗流形成微泵驱动力；

两个固态微电极，所述两个固态微电极设置在所述多孔介质薄膜的两侧；

防水涂层，所述防水涂层由防水材料涂覆在所述两个固态微电极的表面而形成，所述防水涂层用于阻隔流体与所述固态微电极接触。

2.根据权利要求1所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块的两端通过引线与所述两个固态微电极连接，所述电源模块置于体外或体内。

3.根据权利要求2所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，还包括壳体，所述多孔介质薄膜和所述固态微电极均设置在所述壳体的内部，所述引线穿过所述壳体将所述固态微电极与所述电源模块连接，在所述壳体上设有流体入口和流体出口。

4.根据权利要求3所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，所述流体入口和所述流体出口设置在所述壳体上相对的两侧并且位于所述多孔介质薄膜的侧方，或者所述流体入口和所述流体出口设置在所述壳体上相对的两侧并且位于所述多孔介质薄膜的两端。

5.根据权利要求3所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，所述壳体的制作材料为具有生物相容性的材料，所述具有生物相容性的材料为聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚四氟乙烯、硅胶、玻璃、钛、铂、铱、铂铱合金、金或钽。

6.根据权利要求2所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，所述电源模块为恒定电源或可调节电源，所述可调节电源为有线电源或无线电源。

7.根据权利要求6所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，所述无线电源包括体内无线供电线圈和体外无线供电线圈，所述体内无线供电线圈通过所述引线与所述固态微电极连接，所述体外无线供电线圈置于体外。

8.根据权利要求2所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，所述引线和/或所述固态微电极的制作材料为具有生物相容性的材料，所述具有生物相容性的材料为钛、铂、铱、铂铱合金、金或钽，在所述引线上涂覆有所述防水材料。

9.根据权利要求1所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，所述固态微电极为无孔型电极或多孔型电极，在所述多孔型电极上设有能够使所述流体通过的微电极孔道。

10.根据权利要求1或7所述的可植入的电渗微泵装置，其特征在于，所述防水材料和/或所述多孔介质薄膜为具有生物相容性的材料，所述具有生物相容性的材料为聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚氨酯、硅胶或玻璃，所述多孔介质薄膜的厚度为微米或亚毫米级，所述防水材料的涂层厚度为微米级、亚微米级或纳米级。

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