CN110869312B - 具有疏水性表面的流体输送设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例涉及液体输送设备。该设备的非限制性示例包括衬底，该衬底包括在衬底的表面中形成的腔体。该设备还可包括设置在衬底表面上覆盖腔体开口的膜。该设备还可包括设置在膜上的疏水层。该设备还可以包括设置在膜和衬底之间的密封件，其中该密封件包围腔体的开口。该设备还可以包括连接至膜的电极层。

Description

具有疏水性表面的流体输送设备
背景技术
本发明总体上涉及小型化的输送设备和相关方法，并且更具体地涉及具有疏水性表面的液体输送设备和相关方法。
微型输送设备可以在多种应用中有用。这样的输送设备可以包括微型储器的阵列，该微型储器填充有少量材料，例如液体或粉末。储器用材料密封并且可以例如通过金属膜的破裂或熔化来提供材料的受控输送。这样的微型输送设备可以在单独的容器中提供独立和受控的材料释放，并且可以例如在药物输送应用中有用。
在一些应用中，实现微型输送设备的期望尺寸可对能量存储和功率输送施加严格的约束。例如，为了患者的舒适性和私密性，较小尺寸的可植入和可穿戴药物输送设备可能是优选的。然而，材料的储器释放需要能量，此外，通过器件结构内的热传导，其可能遭受主要的能量损失。例如，含有液体的储器可能会经历不希望的高导热。因此，仍然需要使储器释放所需的能量最小化。
发明内容
本发明的实施例涉及一种液体输送设备。该设备的非限制性示例包括第一衬底，该第一衬底包括在第一衬底中形成的储器。该设备还可以包括设置在第一衬底的表面上覆盖储器的开口的膜。在本发明的一些实施例中，膜可以包括金属层、电绝缘介电层或金属和绝缘结构的组合。所述设备还可包含结合到第一衬底的第二衬底，其中第二衬底包括储器密封件。该设备还可以包括设置在膜的内表面上的疏水层。该设备还可包括与膜电接触的电极。这样的实施例可以通过熔化或破裂膜来提供激活，并且提供由于液体的热传导而具有最小的能量损失的液体的自动输送。
本发明的实施例涉及一种液体输送设备。该设备的非限制性示例包括衬底，该衬底包括在衬底的表面中形成的腔体。该设备还可包括连接至铰链结构的膜。该设备还可以包括设置在膜上的疏水层。该设备还可以包括设置在膜和衬底之间的密封件，其中该密封件包围腔体的开口。这样的实施例可以通过熔化或破坏密封件来提供设备激活，提供液体的自动输送，同时减少膜或密封件碎片的释放。
本发明的实施例涉及一种电子输送设备。该设备的非限制性示例包括分配阵列，该分配阵列包括多个储器。分配阵列可包括腔体，覆盖腔体的开口的膜以及设置在膜上的疏水层。该设备还可以包括与分配阵列通信的微处理器。该设备还可以包括与微处理器通信的无线接收器。这样的实施例可以在小型化的输送设备中提供能量有效地从分配阵列远程释放流体。
本发明的实施例涉及一种输送液体的方法。输送液体的非限制性示例包括在覆盖输送结构储器的释放膜上形成疏水衬里。该方法还包括在储器中沉积液体。该方法还包括用亲水层密封储器。该方法还包括向释放膜提供电流以分配液体。这样的实施例可以对于在电子输送设备中自动释放保持液体的完整性。
本发明的实施例针对一种用于输送液体的计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括具有包含在其上的程序指令的计算机可读存储介质，其中该指令可由处理器执行以执行一种方法。该方法的非限制性示例包括从传感器接收有关本地环境状况的信号。该方法还可包括至少部分基于信号将电流发送到衬有疏水衬里的释放膜，其中该释放膜覆盖输送结构储器。该方法还可以包括用电流使膜破裂。
通过本发明的技术实现了附加的技术特征和益处。本文详细描述了本发明的实施例和方面，并且将其视为所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，请参考具体实施方式和附图。
附图说明
在说明书的结论处，在权利要求书中特别指出并明确要求保护本文所述的专有权的细节。通过以下结合附图的详细描述，本发明的实施例的前述和其他特征以及优点将变得显而易见，其中：
图1描绘了根据本发明的一个或多个实施例的说明处理系统的一个示例的框图；
图2A描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性系统；
图2B描绘了根据本发明的一个或多个实施例的图2A的示例性系统的另一视图；
图3A描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性系统；
图3B描绘了根据本发明的一个或多个实施例的图3A的示例性系统的另一视图；
图4A描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性系统；
图4B描绘了根据本发明的一个或多个实施例的图3A的示例性系统的另一视图；
图5描绘了根据本发明的一个或多个实施例的控制电路的框图；
图6描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性方法的流程图；
图7描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性方法的流程图。
本文所描绘的图是说明性的。在不脱离本发明的精神的情况下，图或其中描述的操作可以有许多变化。例如，可以以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。而且，术语“耦合”及其变型描述了在两个元件之间具有通信路径，并且并不意味着元件之间的直接连接，而在它们之间没有中间元件/连接。所有这些变体都被视为说明书的一部分。
在附图和所描述的实施例的以下详细描述中，在附图中示出的各个元件设有两个或三个数字的附图标记。除少数例外，每个参考数字的最左边的数字与该元件的第一个图相对应。
具体实施方式
为了简洁起见，本文中可能会或可能不会详细描述与半导体器件和集成电路(IC)制造相关的常规技术。此外，本文描述的各种任务和过程步骤可以被合并到具有本文未详细描述的附加步骤或功能的更全面的程序或过程中。特别地，半导体器件和基于半导体的IC的制造中的各个步骤是众所周知的，因此，为了简洁起见，本文将仅简要提及许多常规步骤，或者将在不提供众所周知的工艺细节的情况下将其完全省略。
现在转向与本发明的方面更具体相关的技术的概述，在可以受益于以自动方式进行精确调配和/或释放精确量的材料的应用中，期望数字传送设备。例如，在药物输送应用中，数字输送设备可以包括多个储器，其可以根据精确的剂量和时间表独立地和/或远程地释放。在某些情况下，包括药物和非药物应用，数字输送设备可用于提供试剂的释放，以精确或自动引发或终止化学反应。例如，在微电池应用中，电解质从储器的数字释放可以远程激活微电池。在另一个应用中，包含在底板中的生物传感器阵列被配置为在化学激活之后响应于特定的生物标记。在使用之前，可以清洁生物传感器表面。各个生物传感器可以被膜密封并保护，并且每个生物传感器可以紧邻包含液体化学物质的储器，该液体化学物质激活生物传感器表面以进行分析物生物标志物检测。在施加激活信号时，包含激激活学物质储器的膜和密封生物传感器的膜都被打开。此外，在某些情况下，数字输送设备可以与传感器系统接口，以提供自动闭环药物输送系统。
从数字输送设备远程释放材料的能力使得它们在植入式或可穿戴设备中潜在有用。例如，某些医学病症的治疗可能需要根据精确的剂量和时间表来施用不适合或不是最适合口服的药剂或不能输送的药剂。对于这样的应用，药物输送植入物具有在患者或保健提供者的最小参与下根据精确的时间表提供药剂施用的潜力。除了植入系统之外，数字输送设备还可以在可穿戴(例如，透皮、透粘膜等)系统中，例如在粘性贴剂系统中，提供类似的输送益处。
将数字输送设备包括在设备尺寸很重要的应用中，例如在可植入或可穿戴设备中，会给系统设计带来挑战。除了患者和医疗保健提供者偏爱使用小型设备以提高患者舒适度外，可植入患者体内或由患者佩戴的设备的尺寸也会受到物理限制。这样，较小的设备体积会大大限制能量存储和功率传输。将储器释放所需的能量最小化可以改善设备的设计和性能。
设备结构内的热传导可能是数字输送设备中能量损失的主要来源。例如，包括液体的储器会经历高热传导。
常规的数字输送设备可以包括覆盖储器的可破坏金属膜。为了使药剂从储器释放，可通过提供足以使膜破裂或熔化的电流来激活膜，从而使储器开口暴露于周围环境。但是，液体是良好的导热体。在膜破裂或熔化之前，与膜接触的储器或腔中的液体将从系统中吸收更多能量。此外，从系统中吸收的能量可使与膜接触的液体汽化。这种汽化不仅可能需要额外的热量，而且还可能潜在地降解或损坏储器中的温度敏感的试剂。
一些常规的数字输送设备可以包括可释放的膜，这种膜通过铰链附接到设备主体。在通过向系统施加能量而激活后，膜可以部分地从结构中释放出来，从而使储器或空腔中的液体暴露于周围环境。由于与上述原因类似的原因，与这种设备的密封环接触的液体会增加打开膜所需的能量。
减少液体储器能量效率低下的常规方法可包括冻干预期的储器材料以减少和/或消除储器液体。冻干(冷冻干燥)是通过冷冻目标溶液并在低压下将冷冻溶液中的水升华而从样品中除去水，留下干燥或粉末状样品的过程。然而，冻干除了需要额外的费用和加工步骤之外，可能不适用于某些化合物，并且此外，在将所需的药剂施用于其目标之前，可能还需要额外的重构步骤。此外，冻干通常可能需要大批量处理才能具有成本效益。仍然需要减少数字输送系统中的热传导，特别是在包括液体储器材料的系统中。
现在转向本发明的各个方面的概述，本发明的一个或多个实施例通过在数字输送设备的释放膜上提供疏水层来解决现有技术的上述缺点。在本发明的一些实施例中，储器在与膜和疏水层相对的一端用第二基材密封。在本发明的一些实施方式中，第二基材可以包括亲水性表面。本发明的这样的实施例可以将液体吸引到亲水表面并远离膜。
本发明的上述方面通过通过将液体物质从储器或空腔中排出而远离膜而减少了设备结构中的热传导，从而解决了现有技术的缺点。在本发明的一些实施例中，将储器中的液体抽吸至与疏水层和膜相对的亲水表面。在本发明的一些实施方案中，疏水层提供了在储器流体表面和膜之间的气穴的形成，其中气穴提供了绝热和改善的热性能。
参照图1，示出了用于实现本文的教导的处理系统100的实施例。在本发明的这一实施例中，系统100具有一个或多个中央处理单元(处理器)101a、101b、101c等(统称为或总称为处理器101)。在本发明的一个实施例中，每个处理器101可以包括精简指令集计算机(RISC)微处理器。处理器101通过系统总线113耦合到系统存储器114和各种其他组件。只读存储器(ROM)102耦合到系统总线113，并且可以包括控制系统100的某些基本功能的基本输入/输出系统(BIOS)。
图1进一步描绘了耦合到系统总线113的输入/输出(I/O)适配器107和网络适配器106。I/O适配器107可以是与硬盘103和/或磁带存储驱动器105或任何其他类似的组件通信的小型计算机系统接口(SCSI)适配器。I/O适配器107、硬盘103和磁带存储驱动器105在本文中统称为大容量存储器104。用于在处理系统100上执行的操作系统120可以存储在大容量存储器104中。网络适配器106将总线113与外部网络116互连使数据处理系统100能够与其他这样的系统通信。屏幕(例如，显示监视器)115通过显示适配器112连接到系统总线113，显示适配器112可以包括图形适配器以改善图形密集型应用程序和视频控制器的性能。在本发明的一个实施例中，适配器107、106和112可以连接到一个或多个I/O总线，该I/O总线经由中间总线桥(未示出)连接到系统总线113。用于连接外围设备(例如硬盘控制器、网络适配器和图形适配器)的合适I/O总线通常包括通用协议，例如外围组件互连(PCI)。附加的输入/输出设备被示为通过用户接口适配器108和显示适配器112连接到系统总线113。键盘109、鼠标110和扬声器111都通过用户接口适配器108互连到总线113，用户接口适配器108可以包括例如，将多个设备适配器集成到单个集成电路中的超级I/O芯片。
在本发明的示例性实施例中，处理系统100包括图形处理单元130。图形处理单元130是专用的电子电路，其被设计为操纵和改变存储器以加速旨在输出到显示器的帧缓冲器中的图像的创建。通常，图形处理单元130在操纵计算机图形和图像处理方面非常有效，并且具有高度并行的结构，使其比通用CPU更有效地用于并行处理大数据块的算法。
因此，如图1所示，系统100包括以处理器101形式的处理能力，包括系统存储器114和大容量存储器104的存储能力，诸如键盘109和鼠标110之类的输入设备以及包括扬声器111和显示器115的输出能力。在本发明的一个实施例中，一部分系统存储器114和大容量存储器104共同存储诸如IBM公司的操作系统之类的操作系统，以协调图1所示的各个组件的功能。
现在转向对本发明各方面的更详细描述，图2A描绘了根据本发明实施例的疏水性输送系统200。系统200包括第一衬底210，第一衬底210包括在衬底210的表面中形成的储器222。系统200可以包括在第一衬底210的顶部上的第一牺牲层212。牺牲层212可以包括例如氮化硅(SiN)或二氧化硅(SiO2)。系统200可以包括电极层，该电极层包括多层金属堆叠，该多层金属堆叠包括多个金属层214、216、218。系统200还可以包括与金属层214、216、218中的一个或多个接触并覆盖储器220的开口的膜220。膜220可包括金属膜，例如厚度约为1微米的金属膜。膜220可以包括在激活时会破裂或熔化的金属，并且可以包括例如金、铝、铟或由诸如镍和铝或铝和钯的金属层的堆叠组成的反应性材料。膜220还可包括电绝缘的介电材料，例如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)或聚合物材料。在本发明的一些实施例中，膜220在面对腔体222的表面上包括疏水层224。系统200可以在衬底210的底部上包括第二牺牲层226。第二牺牲层226可以包括与第一牺牲层212相同的或不同的材料，诸如SiNx或SiO2。系统200还可包括密封层208和储器密封件206。密封层208和储器密封件206可包括低熔点材料，例如包括铟(In)的金属涂覆的聚合物层。储器密封件206可联接至第二衬底209，该第二衬底包括涂覆有金属相容性层204的生物相容性层202。在本发明的一些实施方式中，储器密封件向储器提供永久和/或不可逆的密封。
密封层208和密封件206可以围绕腔体222的开口，并且可以配置成包围腔体222并将物质保留在腔内。尽管出于说明目的仅示出了一个腔体222，但是应当理解，衬底210可以形成有一系列腔体，例如包括数百个用作持有相同类型或不同类型组合的可输送物质的储器的腔体。
金属层的数量可以根据系统的期望应用而变化。例如，与包括较少储器类型或较简单的释放计划的系统相比，包括更多储器类型或具有相对复杂的释放计划的系统可包括更多数量的金属层。金属层214、216、218可包括金属材料，例如铜、金、铂或钛，并且可为金属层的形式或包括金属电极元件的图案化层的形式，包括形成在一个或多个二氧化硅层中的铜，金，铂或钛。在本发明的一些实施方式中，电极与膜电接触，例如提供电流以加热膜或膜的一部分。多层金属堆叠可被配置为局部加热膜220的一部分。
腔体222的直径可适于容纳足以满足所需应用的量的液体，例如约1至约100纳升(nL)或约10至约50nL的流体。例如，腔体222的直径可以在大约100微米至大约1毫米(mm)的范围内，并且可以具有大约100至大约500微米的深度。
生物相容性层202包括生物相容性衬底，例如包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅、玻璃、聚酰亚胺(例如)或生物相容性水泥的衬底。金属相容层204可以包括可以耦合到密封件206的材料。在本发明的一些实施例中，金属相容层204包括金。
疏水层224可例如通过等离子体沉积、表面处理、涂覆或纳米涂覆、电沉积而沉积、生长或形成在结构上。疏水层224可以包括具有足以排斥储器中期望的水性材料的疏水性的材料。疏水层可包括例如碳氟化合物(例如聚四氟乙烯、聚四氟乙烯状材料或其他等离子体沉积的疏水氟化薄膜)、微结构聚合物(例如PDMS或SU-8)、纳米涂层(例如包括二氧化硅颗粒、聚四氟乙烯(PTFE)或氧化铝颗粒的涂层)、电沉积金属膜(例如多孔电沉积金属膜，诸如多孔金膜)、氧化物和氧化物复合材料(例如氧化锰聚苯乙烯(MnO2/PS)纳米复合材料或氧化锌聚苯乙烯(ZnO/PS)纳米复合材料)、沉淀碳酸钙、碳纳米管、或图案化的膜(例如柱和/或凹槽结构的膜)。在本发明的一些实施例中，疏水层224只衬在膜上。在本发明的一些实施例中，疏水层224衬在膜和腔体的至少一部分上，例如与膜相邻的腔壁。疏水层可具有约5埃至约1微米的厚度。在本发明的一些实施方式中，膜的至少一部分包括电绝缘膜。
图2B描绘了根据本发明一些实施例的在激活之后的图2A的示例性疏水性输送系统200。在激活之后，例如通过在电流刺激下膜的破裂或熔化，将膜220和疏水层224从设备中去除，并且局部环境可接近腔体222。
可以使用标准材料和半导体制造工艺来制造根据本发明的疏水输送系统，所述标准材料和半导体制造工艺例如包括微机电(MEMS)技术、线后(BEOL)技术、光刻、晶圆键合、晶圆减薄和晶圆转移工艺。在本发明的一些实施方案中，用于构造输送设备的材料包括生物相容性的材料，或者可以通过用合适的生物相容性材料涂覆而制成生物相容性的材料。
例如，可以使用诸如硅或玻璃，陶瓷等的任何标准半导体材料，例如可以使用标准蚀刻工艺(例如各向异性湿化学蚀刻或深反应性离子蚀刻(DRIE))和晶圆减薄工艺进行微加工或蚀刻来形成衬底210。可以使用诸如硅之类的生物相容性材料来形成衬底210，该生物相容性材料对于所蚀刻的腔体中所包含的液体内容物是不可渗透的。腔体222的尺寸和形状以及在衬底210中形成的腔体的数量将根据应用而变化。在本发明的一个实施例中，腔体222是圆形的腔体，其使用深RIE工艺在硅衬底中形成。在本发明的其他实施例中，腔体可以呈现为通过对取向的硅进行各向异性湿法蚀刻来形成衬底(100)而形成的四棱锥的截头的形状。
在本发明的一些实施例中，在密封腔体222之前，可以在衬底内的腔体222中填充液体。例如，在将储器密封件206联接至第二腔体222之前，可以在腔体222中填充液体。在本发明的此类实施例中，实施的密封工艺是不会不利地影响或以其他方式干扰或降低填充在腔体222内的可输送物质的密封工艺。
在本发明的一些实施例中，疏水性输送系统可包括传感器。传感器可以包括在小型或自动输送系统中有用的任何传感设备。传感器可以包括例如pH传感器、离子传感器、心率传感器、血压传感器、流量传感器、湿度传感器、动作电位传感器、局域电位传感器、化学传感器(例如核酸传感器，蛋白质传感器，外来体传感器，葡萄糖传感器或神经递质特定传感器)，光学传感器或声音传感器。
图3A示出了在用流体填充设备的过程的示例性步骤中的图2A的示例性疏水性输送系统200。系统200包括衬底210，其具有形成在衬底210的表面中的腔体222。系统200可以在衬底210的顶部上包括第一牺牲层212。牺牲层212可以包括例如氮化硅(SiN)或二氧化硅(SiO2)。系统200可包括多层金属堆叠，其包括多个金属层214、216、218。系统200还可包括与金属层214、216、218中的一个或多个接触并覆盖腔体220的膜220。膜220可包括金属薄膜，例如厚度约为1微米的金属薄膜。膜220包括在激活时可破裂、熔化或部分熔化的金属。激活系统以释放储器的内容物可以包括例如通过与膜接触的一个或多个电极，提供通过膜220的高密度电流。膜220可以包括例如铝、金或诸如铝和钯的层状结构的反应性材料。疏水层224衬在腔体220中的膜的表面上。一滴溶液230可以沉积在腔体中。如图3A所示，疏水层224可以排斥溶液230，从而例如通过形成滴珠来最小化其与膜220和疏水层224的接触。
图3B描绘了在密封储器之后的图3A的示例性疏水性输送系统200。可以用第二衬底209密封储器腔体222。在本发明的一些实施例中，第二衬底209可以包括亲水性表面232。例如，亲水性表面232可以吸引储器230中的液体，从而进一步吸取液体远离膜220和疏水层224。亲水性表面232可包括任何表面，该表面包括生物相容性材料，生物相容性材料包括例如半导体器件中常用的材料，例如硅(Si)、SiO2、SiNx或其他氧化物。
图4A描绘了根据本发明的另一个实施例的疏水性输送系统400。系统400包括衬底404，其中可形成一个或多个腔体。系统400包括连接到铰链结构412的铰链可释放膜402。铰链结构可以包括低熔点材料，例如包括In的金属涂覆的聚合物层。膜以及可选的手柄或铰链412可以在储器的内部衬有疏水层224。在本发明的一些实施例中，可以在衬底40上沉积或形成多个层，例如氧化物层408和氮化物层406。在本发明的一些实施例中，系统400包括控制电路。在本发明的一些实施例中，系统400包括与铰接结构412接触的金属层410。系统还可以包括电极元件420。
如图4A所示，液体230可以沉积在储器中并用膜402密封。疏水层224可以排斥储器230中的液体，使得液体不接触膜。疏水层224可引起在液体的表面和膜402之间形成绝缘气穴。
图4B描绘了根据本发明的一些实施例的在激活之后的图4A的示例性疏水性输送系统400。激活后，例如通过微机电系统(MEMS)技术将膜402和疏水层224的至少一部分从结构中部分释放，从而将储器暴露于局部环境并允许物质释放到储器内部。例如，在本发明的一些实施例中，由于连接电极的局部加热，在密封件的一部分熔化时可以打开铰链。在本发明的此类实施例中，可以打开膜402以允许储器中的物质快速且完全释放，而无需将膜与输送设备完全断开。在本发明的一些实施例中，膜402在激活之前处于机械应力下，并且例如可以在激活时从这种应力中释放出来，以通过曲率远离储器腔体利于打开膜片。
在图4A和4B的系统中，例如，可能需要约157℃的熔化温度来打开尺寸为约100微米乘100微米并且具有约1微米的厚度的膜的储器，该膜包括由铟构成的密封，相应地能量约为20微焦耳(μJ)。
根据图4A和图4B的结构可以通过标准的半导体制造技术来制造，包括例如镶嵌工艺和用于制造多层CMOS结构的标准光刻技术。
图5是根据本发明的一个实施例的控制电路的框图，该控制电路可以被配置为控制微芯片物质输送设备的储器内容物的释放。图5描绘了耦合到电源514的控制系统500。控制系统500可以包括微处理器508、储器504(例如可编程ROM)、一个或多个传感器506，无线发送器/接收器502、多路复用器电路1510和分配阵列512。控制系统500的各种部件包括集成电路，该集成电路整体形成为包括疏水层的输送设备的一部分。在图5中，例如，分配阵列512可以包括如上所述的可释放的膜结构和储器。控制系统500可以使用标准电路设计方法来设计，并且可以使用标准硅集成电路技术来构建。
微处理器508可以产生控制信号到多路复用器电路510，以选择性地激活分配阵列512的一个或多个膜。在本发明的一些实施例中，微处理器508可以产生控制信号以根据存储在可编程ROM中的编程的时间表激活物质释放。在本发明的另一实施例中，微处理器508可以根据从一个或多个传感器506输出的控制信号来生成控制信号，以激活物质释放，所述一个或多个传感器506根据局部条件自动检测何时将释放物质。例如，用于药物的输送结构可以至少部分地基于对生物传感器输入的分析(例如局部pH或局部离子组成)来确定何时给予给定药物的剂量，并且可以至少部分地基于感测的条件激活一个或多个膜以从一个或多个储器中释放活性药物成分。在本发明的又一个实施例中，微处理器508可以至少部分地基于由医疗提供者或具有可植入或可穿戴物质输送设备的个人提供的远程命令，根据从无线接收器输出的控制信号来产生控制信号，以激活物质释放。
在本发明的一些实施例中，电源514可以被实现为与微芯片物质输送设备集成在一起的内部电源，例如生物相容性薄膜电池。对于本发明的这样的实施例，电池尺寸、材料和包装要求限制了能量容量，并且由于这个原因，衬底释放的能量要求优选地是最小化的。在本发明的其他实施例中，电源514可以被实现为无线电力传输系统，其中，诸如通过近场通信(NFC)将电力从外部源传输到控制系统514。
图6描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性流体输送方法600的流程图。方法600包括例如在覆盖输送结构储器中的释放膜上形成疏水衬里，如框602所示。方法600还包括在储器中提供液体，如框604所示。方法600还包括使用亲水层密封储器，如框606所示。方法600还包括向释放膜提供电流以分配液体，如框608所示。
图7描绘了根据本发明的一个或多个实施例的示例性流体输送方法700的流程图。方法700包括，例如，从传感器接收与环境条件有关的信号，如框702所示。可替代地，在本发明的一些实施例中(图7中未示出)，该方法可以包括从外部设备接收信号或从存储的调度方案中接收信号。方法700还包括将电流发送到被衬有覆盖输送结构储器的疏水衬里的释放膜，如框704所示。方法700还包括用电流使膜破裂，如框706所示。
如本文所用，“液体”应理解为是指液体水性材料。本发明的实施方案中的液体可以包括适合于从小型化的输送设备输送的任何液体。液体可以例如包括但不限于药物溶液和制剂、营养的溶液和制剂、保健品溶液和制剂、催化剂、溶剂、试剂，赋形剂、稀释剂、防腐剂等。在本发明的一些实施方案中，储器包括一种或多种活性药物试剂。在本发明的一些实施例中，储器包括电解质，例如微电池电解质。在本发明的一些实施例中，数字输送设备连接到传感器系统以提供自动闭环输送系统。
在本发明的一些实施例中，液体输送设备包括在可植入或可穿戴的药物输送系统中。例如，液体输送设备可以被包括在用于提供糖尿病、疼痛、成瘾、避孕、神经系统疾病或心理疾病的治疗和/或管理的系统中。
本发明的实施例可以对于在小型化的设备中输送液体通过提供减小的功耗来提供改进的液体输送设备。与膜相邻的疏水层可以从储器中的膜排斥流体，从而以较低的能量消耗从结构释放材料。
本发明的一些实施例通过减少破坏或降解的风险和/或增加储器中液体的完整性来提供改进的液体输送设备。与膜相邻的疏水层可以从储器中的膜排斥流体，并降低了损坏流体的风险，否则在激活时通过使电流流过膜会损坏流体。
在此参考相关附图描述了本发明的各种实施例。在不脱离本发明范围的情况下，可以设计出替代实施例。尽管在以下描述和附图中在元件之间阐述了各种连接和位置关系(例如，在上方，下方，相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，本文描述的许多位置关系是独立于方向的-即使更改了方向，所描述的功能时也可以保持。除非另有说明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不意图在这方面进行限制。因此，实体的耦合可以指直接或间接耦合，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接的位置关系。作为间接位置关系的示例，在本说明书中提到在层“B”上形成层“A”包括其中一个或多个中间层(例如，层“C”)在层“A”和层“B”之间的情况。只要中间层基本不改变层“A”和层“B”的相关特征和功能。
以下定义和缩写将用于解释权利要求和说明书。如本文所使用的，术语现在时的“包括”、进行时的“包括”、现在时的“包含”、进行时的“包含”、现在时的“具有”、进行时的“具有”、现在时的“含有”或进行时的“含有”或其任何其他变型旨在覆盖非-独家包容。例如，包括一系列元件的组合物、混合物、过程、方法、制品或设备不必仅限于那些元件，而是可以包括未明确列出或对这种组合物、混合物、工艺、方法，物品或设备隐含的其他元件。
另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其他实施例或者设计优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于1的任何整数，即一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括任何整数，数字大于或等于2，即两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以或可以不是包括特定的特征、结构或特性。而且，这些短语不一定是指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，可以认为，无论是否明确描述，结合其他实施例来影响这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内。
以下出于描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”，“垂直”，“水平”，“顶部”，“底部”及其派生词应涉及所描述的结构和方法，如附图中所示。术语“覆盖”，“顶上”，“顶部”，“定位在”或“定位在顶部”意味着第一元件(例如第一结构)存在于第二元件上(例如第二结构)，其中在第一元件和第二元件之间可以存在诸如接口结构的中间元件。术语“直接接触”是指第一元件(例如第一结构)和第二元件(例如第二结构)在两个元件的接口处没有任何中间传导、绝缘或半导体层的情况下连接。
短语“对……有选择性”，例如“对第二元件具有选择性的第一元件”，是指第一元件可以被蚀刻，第二元件可以用作蚀刻停止层。
术语“约”，“基本上”，“大约”及其变体旨在包括与基于提交申请时可用设备的特定量的测量相关联的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％，或2％的范围。
如前所述，为了简洁起见，本文中可能详细描述或不详细描述与半导体器件和集成电路(IC)制造有关的常规技术。然而，作为背景，现在将提供可用于实现本发明的一个或多个实施例的半导体器件制造工艺的更一般描述。尽管用于实现本发明的一个或多个实施例的特定制造操作可以是单独已知的，但是所描述的本发明的操作和/或所得结构的组合是独特的。因此，结合根据本发明的半导体器件的制造描述的操作的独特组合利用在半导体(例如，硅)衬底上执行的各种单独已知的物理和化学工艺，其中一些工艺在紧接着的段落描述。
通常，用于形成将被封装到IC中的微芯片的各种工艺分为四大类，即膜沉积、去除/蚀刻、半导体掺杂和图案化/光刻。沉积是生长、涂覆或以其他方式将材料转移到晶片上的任何过程。可用的技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电化学沉积(ECD)、分子束外延(MBE)以及最近的原子层沉积(ALD)等。去除/蚀刻是从晶片上去除材料的任何过程。实例包括蚀刻工艺(湿法或干法)、化学机械平坦化(CMP)等。半导体掺杂是通过掺杂(例如，晶体管源极和漏极)，通常通过扩散和/或通过离子注入来改变电特性。这些掺杂工艺之后是炉退火或快速热退火(RTA)。退火用于激活注入的掺杂剂。两个导体(例如，多晶硅、铝、铜等)和绝缘体(例如，各种形式的二氧化硅、氮化硅等)的膜用于连接和隔离晶体管及其组件。半导体衬底的各个区域的选择性掺杂允许通过施加电压来改变衬底的导电性。通过创建这些各种组件的结构，可以构建数百万个晶体管并将它们连接在一起以形成现代微电子器件的复杂电路。半导体光刻是在半导体衬底上形成三维浮雕图像或图案，用于随后将图案转移到衬底。在半导体光刻中，图案由称为光致抗蚀剂的光敏聚合物形成。为了构建构成晶体管的复杂结构和连接电路的数百万个晶体管的许多导线，重复多次光刻和蚀刻图案转移步骤。印刷在晶片上的每个图案与先前形成的图案对齐，并且缓慢地构建导体、绝缘体和选择性的掺杂区域以形成最终器件。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (25)

1.一种液体输送设备，包括：
第一衬底，包括在所述第一衬底中形成的用于沉积液体的储器；
膜，设置在所述第一衬底的表面上，覆盖所述储器的开口；
第二衬底，结合到所述第一衬底，其中所述第二衬底包括储器密封件；
疏水层，设置在所述膜的内表面上；
电极，与所述膜电接触；以及
设置在所述储器的与所述膜相对的表面上的亲水层，
其中，所述疏水层提供了在所述液体表面和所述膜之间的气穴的形成。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述膜的至少一部分包括金属膜。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述膜的至少一部分包括电绝缘膜。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述储器密封件包括铟。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述疏水层包括碳氟化合物膜。
6.如权利要求1所述的设备，还包括传感器。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述疏水层包括多孔电沉积的金属膜。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述疏水层的厚度的范围为5埃到1微米。
9.如权利要求1所述的设备，还包括在所述储器中的所述液体。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述液体包括活性药剂。
11.如权利要求8所述的设备，其中，所述液体包括微电池电解质。
12.如权利要求1所述的设备，其中，所述疏水层衬在所述储器的一部分上。
13.一种液体输送设备，包括：
衬底，包括在所述衬底的表面中形成的用于沉积液体的腔体；
膜，连接到铰接结构；
疏水层，设置在所述膜上；
密封件，设置在所述膜和所述衬底之间，其中，所述密封件包围所述腔体的开口；以及
设置在所述腔体的与所述膜相对的表面上的亲水层，
其中，所述疏水层提供了在所述液体表面和所述膜之间的气穴的形成。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述膜的至少一部分包括金属膜。
15.如权利要求13所述的设备，其中，所述疏水层包括选自包括碳氟化合物膜、微结构聚合物、碳纳米管、电沉积金属膜、氧化物的组的材料。
16.如权利要求13所述的设备，其中，所述疏水层的厚度的范围为1埃到500纳米。
17.如权利要求13所述的设备，还包括在所述腔体中的液体。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述液体包括活性药剂。
19.如权利要求17所述的设备，其中，所述液体包括微电池电解质。
20.如权利要求17所述的设备，其中，所述疏水层衬在所述腔体的一部分上。
21.如权利要求15所述的设备，其中，所述氧化物包括氧化物复合物。
22.如权利要求13所述的设备，其中，所述疏水层包括图案化膜。
23.一种电子输送设备，包括：
一种分配阵列，其包括多个储器，其中，所述分配阵列包括用于沉积液体的腔体，覆盖所述腔体的开口的膜，设置在所述膜上的疏水层，以及设置在所述腔体的与所述膜相对的表面上的亲水层，其中，所述疏水层提供了在所述液体表面和所述膜之间的气穴的形成；
与所述分配阵列通信的微处理器；以及
与所述微处理器通信的无线接收器。
24.一种输送液体的方法，包括：
在覆盖输送结构储器的释放膜上形成疏水衬里；
在所述储器中沉积液体；
用亲水层密封所述储器；以及
向所述释放膜提供电流以分配所述液体，
其中，所述疏水衬里提供了在所述液体表面和所述释放膜之间的气穴的形成。
25.一种计算机可读存储介质，其上包含程序指令，其中，所述指令可由处理器执行以使所述处理器执行一种用于输送液体的方法，该方法包括：
从传感器接收有关本地环境状况的信号；
至少部分地基于所述信号，将电流发送到衬有疏水衬里的释放膜，其中，所述释放膜覆盖用于沉积液体的输送结构储器，其中所述输送结构储器被用亲水层密封；以及
用所述电流使膜破裂，
其中，所述疏水衬里提供了在所述液体表面和所述释放膜之间的气穴的形成。
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