CN112105935A - 生物传感器封装 - Google Patents

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Abstract

提供了关于可植入生物传感器封装的技术。例如，本文描述的一个或多个实施例可以涉及一种装置，其可以包括生物传感器模块。生物传感器模块可以包括半导体衬底和处理器。半导体衬底可以具有可操作地耦合到处理器的传感器。该装置还可以包括聚合物层。生物传感器模块可以嵌入在聚合物层中，使得聚合物层可以设置在生物传感器模块的多个侧面上。

Description

生物传感器封装
背景技术
本发明涉及生物传感器封装，并且更具体地，涉及可以容纳一个或多个生物传感器模块的可植入聚合物封装。
发明内容
以下给出了概述以提供对本发明的一个或多个实施例的基本理解。本概述不旨在标识关键或重要元素，或描绘特定实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。在本文所述的一个或多个实施例中，描述了可考虑可植入生物传感器封装的系统、装置和/或方法。
根据本发明的实施例，一种装置包括生物传感器模块，该生物传感器模块包括半导体衬底和处理器。所述衬底具有可操作地耦合到所述处理器的传感器。所述装置还包括聚合物层。模块嵌入在聚合物层中，使得聚合物层设置(provide)在模块的多个侧面上。
根据本发明的另一实施例，另一装置包括生物传感器模块，该生物传感器模块包括半导体衬底和处理器。该衬底包括可操作地耦合到该处理器的集成刺激设备。该装置还包括聚合物层，其中该设备被嵌入在该聚合物层内，使得该聚合物层设置在该设备的多个侧面上。
根据另一个实施例，一种方法包括将聚合物注入模具中以生成聚合物层。该方法还包括将生物传感器模块附接到聚合物层，使得聚合物层被设置在生物传感器模块的多个侧面上。生物传感器模块包括半导体衬底和处理器。而且，所述衬底具有可操作地耦合到所述处理器的传感器。
附图说明
图1是根据本发明实施例的植入宿主以便于监视和/或操纵宿主组织的生物传感器封装的图。
图2是根据本发明实施例的包括多个化学物质递送系统的生物传感器封装的图。
图3是根据本发明实施例的包括生物传感器模块阵列的生物传感器封装的图。
图4是根据本发明实施例的包括生物传感器模块阵列的生物传感器封装的另一图。
图5是根据本发明实施例的容纳多个生物传感器模块和/或化学物质递送系统的聚合物层的图。
图6是根据本发明实施例的包括一个或多个生物传感器封装的系统的图。
图7是根据本发明实施例的用于促进一个或多个生物传感器封装的制造的方法的流程图。
图8是根据本发明实施例的用于促进一个或多个生物传感器封装的制造的模具的图。
图9是根据本发明的实施例的用于促进一个或多个生物传感器封装的制造的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述仅是说明性的，而不是要限制本发明和/或本发明的应用或使用。此外，并不意图受前面的背景技术或发明内容部分或具体实施方式部分中呈现的任何明示或暗示的信息的约束。
现在参考附图描述本发明的实施例，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的更透彻理解。然而，在各种情况下，显然可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。另外，应当理解，在附图内呈现的各种类型的阴影和/或交叉影线可以描绘类似的特征、类似的材料和/或类似的组成。
传统的生物传感器包括位于刚性半导体衬底上的一个或多个传感器设备。通常，通过将生物传感器直接插入宿主组织中而将生物传感器植入宿主。生物传感器可以检测周围组织的各种特性，并通过各种设备(例如，通过发光二极管(“LED”))刺激组织。然而，将生物传感器插入宿主组织中可对组织造成不期望的损伤。此外，传统生物传感器的刚性限制了宿主体内可能的植入位置。此外，传统的生物传感器结构留下了不受生物防御机制保护的各种部件(例如，半导体衬底)，这可能导致宿主对生物传感器的劣化。此外，各种部件(例如LED)基本上直接暴露于宿主组织可能必然会导致性能限制(例如，对功率使用的限制以避免生物传感器周围的组织过热)。
本文描述的本发明的各种实施例涉及一种可植入封装，其包括嵌入保护性聚合物内的一个或多个传感器模块。模块可以监测和/或操纵周围组织，同时聚合物保护模块免受宿主的生物防御机制和/或生物环境的影响。此外，聚合物可以是弹性体的，从而为可植入封装提供柔韧性。至少部分由于聚合物的保护性和柔韧性，可以使用已知的电气工程技术来制造模块，以实现小于典型的、笨重的生物传感器的尺寸。可植入封装可以包括多个传感器模块以在机械故障的情况下提供冗余和/或促进多个功能。此外，可植入封装还可以包括一个或多个化学物质递送系统，以便于将一种或多种化学物质分配到周围组织。
图1是从横截面观察的生物传感器封装100的图。生物传感器封装100包括聚合物层102、一个或多个生物传感器模块104(例如，在图1中用虚线表示)和/或一个或多个化学物质递送系统106。封装100可以被植入生物环境中，例如植入组织(例如，宿主实体的组织)上和/或组织中。
聚合物层102可包括生物惰性弹性聚合物，并且可设置在模块104的多个侧面上。聚合物层102可以包括一个或多个基本上垂直于基部(例如，在“X”方向上延伸)延伸(例如，在“Y”方向上)的壁部，其中模块104可以位于基部的顶部上和/或壁部之间。例如，如图1所示，聚合物层102可以设置在模块104的左侧、右侧和底侧上。聚合物层102可以围绕模块104。而且，聚合物层102可以封装模块104(例如，聚合物层102可以进一步位于模块104的顶侧上)。
本领域普通技术人员将认识到，聚合物层102的尺寸可以根据生物传感器封装100的期望功能、包括聚合物层102的聚合物的类型、生物传感器封装100预期植入其中的生物环境、其组合等而变化。例如，聚合物层102的长度(例如，沿“X”方向)可在大于或等于5微米(μm)至小于或等于180μm的范围内，但不限于此。在另一个实例中，聚合物层102的高度(例如，沿着“Y”方向)可以在大于或等于1毫米(mm)且小于或等于2mm的范围内，但不限于此。在另一实例中，聚合物层102的一个或多个壁部分的各自长度(例如，沿“X”方向)可在大于或等于30μm且小于或等于1000μm的范围内，但不限于此。在另外的实例中，聚合物层102的厚度可以在大于或等于0.3毫米(mm)且小于或等于10mm的范围内，但不限于此。
聚合物层102的特征可以是弹性的、耐久的、生物惰性的、耐腐蚀的、绝缘体、其组合等。用于聚合物层102的示例性聚合物包括但不限于：聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)、聚氨酯、壳多糖和/或类似的生物衍生聚合物、纤维素材料、其组合等。而且，聚合物层102可以嵌入稳定的生物分子(例如，糖蛋白和/或髓磷脂)，以便提供针对生物防御机制(例如，免疫系统)的伪装。此外，聚合物层102可以包括用于将生物传感器封装100固定到对象组织的突出部和/或突起。
模块104可以嵌入聚合物层102中和/或固定到聚合物层102。此外，模块104可以包括一个或多个传感器108、一个或多个半导体衬底110、一个或多个刺激设备112、一个或多个计算机单元114和/或一个或多个功率设备116。
传感器108可以检测和/或监测生物传感器封装100周围的组织和/或环境的一种或多种状况。检测和/或监测的条件可以涉及例如周围组织和/或环境的一个或多个化学和/或物理性质。可由传感器108检测和/或监测的示例条件可包括但不限于：温度、含水量、压力、吸光度、电导、化学物质或生物信息传递物质如神经递质、激素、生长因子、金属离子如钙、钠和钾、和pH、其组合等。用于传感器108的示例设备可以包括但不限于：温度计、压电材料、光传感器、压力传感器、电极、使用快速扫描循环伏安法的化学传感器(例如对特定分子敏感的电极)、场效应晶体管(“FET”)传感器、双极结晶体管(“BJT”)传感器、印有目标分子的导电有机电极、有机电化学晶体管(“OECT”)设备、荧光检测器、其组合等。传感器108可以被优化以监测特定的生物分子。例如，包括传感器108的一个或多个电极可以涂覆有各种聚合物，这些聚合物可以对相应的生物分子(例如，聚吡咯、聚苯胺、聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(“PEDOT”)、PEDOT的官能化衍生物(例如，甲氧基、胺、醇、烷基衍生物)、用目标分子印记的、和/或玻璃碳，以用于快速扫描循环伏安法)敏感。
传感器108可以固定到衬底110。另外，传感器108可通过一个或多个通孔118与衬底110相互作用。此外，传感器108可以以各种间距定位，例如，从大于或等于300纳米(nm)到小于或等于1000nm。另外，相应的生物传感器模块104可以包括各种类型的传感器108。换句话说，生物传感器模块104的传感器108不限于单一类型的装置，一个或多个传感器108的功能也不限于单一功能(例如，检测和/或监测单一类型的条件)。
衬底110可支撑模块104的一个或多个特征(例如，传感器108、刺激设备112和/或计算机单元114)。衬底110可以包括但不限于：硅、锗、碳化硅、掺碳硅、化合物半导体(例如，包括来自周期表第III、IV和/或V族的元素)、氧化硅、其组合等。衬底110可以是块(bulk)硅晶片和/或绝缘体上硅(“SOI”)晶片。衬底110可以包括诸如隔离线(未示出)的电子结构。衬底110的特征在于一个或多个晶体结构。衬底110可以包括硅<100>、硅<110>和/或硅<111>，如使用米勒指数所描述的。衬底110可以是透明的和/或半透明的，以便于传感器108和/或刺激设备112的操作。衬底110可以包括氧化硅。在另一实例中，衬底110可以包括氮化镓。衬底110可以包括半导体矿物和/或宝石，例如蓝宝石。衬底110的厚度可以根据以下而变化：衬底110的组成、传感器108的数量、刺激设备112的数量、生物传感器封装100的期望功能、其组合等。
刺激设备112可产生一种或多种形式的刺激以操纵和/或改变生物传感器封装100周围的组织和/或环境。例如，刺激设备112可以用电信号、振动、热、光、它们的组合等刺激(例如，并且由此操纵和/或改变)生物传感器封装100周围的组织和/或环境。示例性刺激设备112可以包括但不限于：LED、压电设备(例如锆钛酸铅(“PZT”)设备)、电极、磁感应器、光纤、脉冲电极、用于刺穿细胞结构的物理纳米棒和/或管、其组合等。另外，相应的生物传感器模块104可以包括各种类型的刺激设备112。换句话说，生物传感器模块104的刺激设备112不限于单一类型的设备，刺激设备112的功能也不限于单一功能(例如，发射光)。刺激设备112可以包括一个或多个LED，其可以共同地发射各种频率的光。例如，生物传感器模块104的一些LED可以发射蓝光和/或生物传感器模块104的其他LED可以发射红光。
刺激设备112可以集成在衬底110内。衬底110可以向刺激设备112提供机械支撑和/或促进刺激设备112和/或计算机单元114之间的一个或多个电连接。衬底110可以包括导电材料(例如，导电带、传输线、纳米线、电线、其组合和/或类似物)以促进各种特征(例如，传感器108、刺激设备112、计算机单元114和/或功率设备116)的可操作耦合。此外，通孔118还可以促进所述可操作耦合。
计算机单元114可以包括例如一个或多个处理器，以便于执行计算机可读程序指令。示例计算机单元114可以包括但不限于：微控制器、微处理器、微计算机、现场可编程门阵列(“FPGA”)、其组合和/或类似物。计算机单元114可以分析由传感器108收集的数据和/或基于该分析控制刺激设备112以实现一个或多个目标。计算机单元114可以可操作地耦合到传感器108和/或刺激设备112。计算机单元114可以经由包括在衬底110内的一个或多个电连接(例如，导线)和/或一个或多个通孔118可操作地耦合到传感器108和/或刺激设备112。计算机单元114的尺寸可以根据生物传感器封装100的期望功能而变化。例如，计算机单元114可以包括在范围从但不限于大于或等于100×100μm且小于或等于1000×1000μm的管芯尺寸上。
电力设备116可以向传感器108、刺激设备112和/或计算机单元114供应电力(例如，电)。而且，功率设备116可以可操作地耦合(例如，经由一个或多个通孔118)到传感器108、刺激设备112和/或计算机单元114。电力设备116可以包括例如一个或多个电容器和/或一个或多个电池。电力设备116可以例如通过使用一个或多个电感器来无线充电和/或再充电。因此，功率设备116可在植入宿主体内时被充电和/或再充电。
化学物质递送系统106可包含于聚合物层102的一个或多个壁部分内。化学物质递送系统106可包括例如一个或多个微流体通道，其可加载一个或多个水凝胶(未示出)。图1显示化学物质递送系统106，其包括在直线路径中沿“Y”方向延伸的微流体通道。然而，微流体通道的架构并不限于此。微流体通道的特征可在于各种路径结构，例如对角线路径、之字形路径和/或U形路径。包括化学物质递送系统106的微流体通道的远端可以暴露于生物传感器封装100周围的组织和/或环境。因此，聚合物层102可界定化学物质递送系统106的多个侧面，同时使化学物质递送系统106的一个或多个侧面对周围组织和/或环境开放。
如图1所示，化学物质递送系统106可以位于生物传感器模块104附近。化学物质递送系统106可以位于生物传感器模块104的一侧、两侧、三侧和/或四侧。化学物质递送系统106的尺寸可以根据要装载在微流体通道内的水凝胶的期望体积而变化。可包括化学物质递送系统106的微流体通道的各自宽度的范围可从大于或等于5μm至小于或等于180μm，但不限于此。化学物质递送系统106的特征可在于均匀的尺寸；或者通过改变各自的尺寸。
化学物质递送系统106可装载一种或多种水凝胶。水凝胶可以包括一种或多种化合物，以分布到生物传感器封装100周围的组织和/或环境。水凝胶可在周围组织和/或环境存在下(例如，至少由于宿主的一种或多种生物防御机制)反应(例如，溶解和/或以其他方式降解)，从而在水凝胶内释放主题化学物质。因此，本发明的化学物质可以从化学物质分配系统106中逸出(例如，通过暴露侧)和/或与周围组织和/或环境相互作用。此外，个别化学物质递送系统106可容纳相同的化合物，及/或相应化学物质递送系统106可包含个别的化合物。可在水凝胶内和/或容纳在化学物质递送系统106内的示例性化学化合物可包括但不限于：用于表达蛋白质的遗传物质(例如，由病毒携带)、神经递质(例如，多巴胺、γ-氨基丁酸(“GABA”)和/或血清素)、生长因子、生长抑制剂、药物(例如，用于癫痫和/或帕金森病的药物)、其组合等。
图2是生物传感器封装100的图。图2示出了生物传感器模块104的除了刺激设备112之外的一个或多个特征可以集成到单个层(例如，半导体衬底110)中。
传感器108和刺激设备112都可以集成在衬底110内。衬底可以包括氮化镓。计算机单元114也可以集成到衬底110中。因此，虽然图1描绘了在相应层上包括传感器108、刺激设备112和计算机单元114的生物传感器模块104结构；本发明的实施例可以包括生物传感器模块104结构，其中传感器108、刺激设备112和计算机单元114中的一个或多个被集成到公共层上(例如，集成到衬底110上和/或其内)。
图2示出生物传感器封装100可以包括位于生物传感器模块104的一侧附近的多个化学物质递送系统106。例如，两个或更多个化学物质递送系统106可以位于生物传感器模块104的左侧和/或右侧附近。聚合物层102内的化学物质递送系统106的数量可以根据生物传感器封装100的功能和/或生物传感器封装100的尺寸而变化。
图3是从顶部角度观察的生物传感器封装100的图。如图3所示，多个生物传感器模块104可以嵌入聚合物层102内和/或布置成阵列。
聚合物层102的壁部分可以将生物传感器模块104彼此分开和/或便于将生物传感器模块104包含在聚合物层102内。聚合物层102的弹性性质可以使生物传感器封装100能够围绕各种组织结构缠绕和/或以其他方式弯曲，以便提供跨不规则表面区域的生物传感器模块104的阵列。而且，通过包括生物传感器模块104的阵列(例如，如图3所示)，生物传感器封装100可以包括冗余，其可以在故障的情况下使用。换句话说，尽管至少部分地由于能够执行相同和/或类似任务的相邻生物传感器模块104的存在而导致生物传感器模块104的损坏和/或故障，生物传感器封装100仍可以保持功能。
阵列的一个或多个生物传感器模块104可以执行与阵列内的其他生物传感器模块104不同的一个或多个功能。例如，阵列内的第一生物传感器模块104可包括与阵列内的第二生物传感器模块104不同的传感器108和/或刺激设备112。因此，生物传感器封装100可以由于包括生物传感器封装100的相应生物传感器模块104的相应性能而执行各种任务。
包括生物传感器封装100的生物传感器模块104的数量可以根据生物传感器模块104的尺寸、生物传感器封装100的尺寸、生物传感器封装100的期望功能、化学物质递送系统106的数量、其组合等而变化。虽然图3示出了十二个生物传感器模块104，但是生物传感器封装100可以包括更少或附加的生物传感器模块104。例如，生物传感器封装100内所包括的生物传感器模块104的数量可以在大于或等于1且小于或等于10,000的范围内，但不限于此。
图4是从顶部角度观察的生物传感器封装100的另一个图。如图4所示，一个或多个生物传感器模块104可以具有各种形状的特征。
虽然图3将生物传感器模块104描绘为具有正方形形状，但是图4示出生物传感器模块104可以具有诸如三角形形状的替代形状。不同的结构形状可以促进不同的功能和/或独特的柔韧性特性。例如，各种结构形状可以提供实现生物传感器模块104在聚合物层102中的相应浓度。可以表征生物传感器模块104的结构和/或尺寸的示例形状可以包括但不限于：正方形、矩形、三角形、六边形、五边形、八边形、十边形、其组合和/或其他多边形。此外，尽管图3和4描绘了包括统一形状的生物传感器模块104阵列，但生物传感器封装100的架构不限于此。例如，生物传感器封装100可以包括特征在于各种形状的生物传感器模块104的阵列。
图5是从横截面角度观察的聚合物层102的图。图5描绘了在制造过程期间包括生物传感器模块104之前的生物传感器封装100。
如图5所示，聚合物层102可形成由壁部分限定的一个或多个囊(pocket)502。生物传感器模块104可以插入和/或固定到囊502中以制造生物传感器封装100。其中生物传感器封装100包括生物传感器模块104的阵列，聚合物层102可以包括以阵列的取向和/或配置定位的多个囊502。此外，图5示出聚合物层102可包括与一个或多个囊502相邻的一个或多个化学物质递送系统106。例如，化学物质递送系统106可以位于聚合物层102内(例如，由聚合物层102限定)和/或相邻的囊502之间，并且由此位于生物传感器封装100中的相邻生物传感器模块104之间。如本文所述，化学物质递送系统106的数量可变化和/或聚合物层102的架构不限于相邻的囊502之间的四个化学物质递送系统106，如图5所示(例如，生物传感器封装100可包括阵列中相邻的生物传感器模块104之间的更少或额外的化学物质递送系统106)。此外，虽然图5描述了具有均匀尺寸的化学物质递送系统106，但是生物传感器封装100的结构并不限于此。例如，各个化学物质递送系统106可以由各个尺寸来表征。
图6是可以包括一个或多个生物传感器封装100的系统600的图。如图6所示，一个或多个生物传感器模块104可以经由一个或多个网络604可操作地耦合到一个或多个控制器602。
控制器602可以包括一个或多个计算机化设备，其可以促进系统600的用户监测和/或控制生物传感器模块104。可包括控制器602的示例计算机化设备可包括但不限于：个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、蜂窝电话(例如，智能电话)、计算机化平板(例如，包括处理器)、智能手表、键盘、触摸屏、鼠标、其组合等。另外，一个或多个控制器602可以包括一个或多个显示器，其可以向用户呈现由系统600(例如，生物传感器模块104)生成的一个或多个输出。例如，显示器可以包括但不限于：阴极管显示器(“CRT”)、发光二极管显示器(“LED”)、电致发光显示器(“ELD”)、等离子体显示面板(“PDP”)、液晶显示器(“LCD”)、有机发光二极管显示器(“OLED”)、其组合和/或类似物。系统600的用户可以向生物传感器模块104发送指令(例如，程序指令)和/或查看由生物传感器模块104输出的数据(例如，表示由生物传感器模块104监测和/或检测的一个或多个状况)。
网络604可以包括有线和无线网络，包括但不限于蜂窝网络、广域网(WAN)(例如，因特网)或局域网(LAN)。控制器602可以使用实际上任何期望的有线或无线技术与生物传感器模块104通信(反之亦然)，所述技术包括例如但不限于：蜂窝、WAN、无线保真(Wi-Fi)、Wi-Max、WLAN、蓝牙技术、其组合等。
生物传感器模块104可以包括一个或多个接收和/或发射组件，诸如一个或多个天线(例如，实际天线)。接收和/或发射组件可以可操作地耦合到计算机单元114和/或功率设备116。接收和/或发射部件可以由聚合物层102保护，以免受生物传感器封装100周围的生物环境的影响。接收和/或发送部件可以集成到计算机单元114中。接收和/或传输组件可以促进生物传感器模块104和/或网络604之间的连接，并且由此促进控制器602之间的连接。生物传感器模块104可以经由网络604接收(例如，从控制器602)要由计算机单元114执行的指令(例如，程序指令)和/或发送(例如，向一个或多个控制器602)表示生物传感器模块104和/或生物传感器封装100的一个或多个操作的数据。
生物传感器模块104可以与控制器602和/或与其它生物传感器模块104通信(例如，经由网络604)。例如，生物传感器模块104可以与包括相同生物传感器封装100的其他生物传感器模块104通信。在另一示例中，第一生物传感器封装100的生物传感器模块104可与第二生物传感器封装100的生物传感器模块104通信。
本文所述的生物传感器封装100的各种实施例可促进各种难治的健康状况的治疗，例如慢性疼痛、抑郁、精神分裂症、癫痫、糖尿病、肥胖、帕金森病和/或肌肉组织控制。生物传感器封装100可以植入到患者体内的一个或多个位置，以操纵、监测和/或改变所需的组织段。例如，生物传感器封装100可以被植入到通常难以到达、对侵入敏感和/或具有柔韧性(例如，由于运动)的身体区域。生物传感器封装100可以植入脑区、脊柱区和/或神经系统区。
生物传感器封装100可以用于促进一种或多种光遗传学治疗方法。生物传感器模块104可以充当光遗传刺激设备。一个或多个生物传感器封装100可以通过已知的医学技术(例如，静摩擦和/或医学粘合剂)固定到对象组织片段。生物传感器模块104可以监测周围组织的一个或多个状况。生物传感器模块104可以包括一个或多个LED以使用光来刺激周围组织。化学物质递送系统106可加载一种或多种化合物，其可经由光刺激促进周围组织的操纵。
生物传感器封装100可植入脑部，和/或化学物质递送系统106可装载有水凝胶，该水凝胶包括：一种携带用于表达视蛋白的遗传物质的病毒和/或视蛋白本身。生物传感器封装100周围的生物环境可以溶解和/或以其它方式降解水凝胶，从而释放病毒和/或视蛋白。病毒可以用遗传物质感染一个或多个局部神经元，从而引起神经元产生视蛋白。视蛋白(例如，由化学物质递送系统106释放和/或由神经元产生)可以嵌入局部神经元的细胞膜中。视蛋白可以在细胞膜内形成离子通道并且对光敏感。例如，视蛋白可以在蓝光存在时打开离子通道，并且在无光时关闭离子通道。离子通道可以促进离子的流动，从而控制对象神经元的电势。
生物传感器模块104可由此通过刺激和/或不刺激位于局部神经元内的视蛋白来控制局部神经元的一个或多个功能。通过发射蓝光，生物传感器模块104可以有效地激活一个或多个局部神经元。相反，通过停止发射蓝光，生物传感器模块104可以有效地使一个或多个局部神经元失活。所述激活和/或去激活可以由控制器602(例如，经由网络604)控制以实现一个或多个治疗条件。生物传感器封装100除了光遗传学之外还可以用于各种医学治疗。
图7是用于制造一个或多个生物传感器封装100的方法700的流程图。
在702处，方法700包括将聚合物(例如，弹性体聚合物)注入到模具中以生成聚合物层102。可以注入模具中的示例性聚合物可以包括但不限于：PDMS和/或聚氨酯。模具有助于将聚合物层102结构化成基部和/或壁部。该模具也有助于在聚合物层102内限定一个或多个化学物质递送系统106。聚合物可以在模具内硬化以实现期望的结构形成。在硬化聚合物之后，聚合物层102可以从模具释放以便于进一步制造一个或多个生物传感器封装100。
在704处，方法700包括将一个或多个生物传感器模块104附接到聚合物层102，使得聚合物层102被设置在生物传感器模块104的多个侧面上。生物传感器模块104可以包括例如：传感器108、半导体衬底110、刺激设备112、计算机单元114(例如，其可以包括处理器)和/或功率设备116。此外，生物传感器模块104的一个或多个特征(例如，传感器108和/或计算机单元114)可以可操作地耦合在一起。生物传感器模块104可以插入和/或附接到由聚合物层102限定的一个或多个囊502。
图8是可以便于生物传感器封装100的制造的注塑模具800的横截面图。
如图8所示，注塑模具800可包括一个或多个腔体802，弹性体聚合物可被注入到所述腔体中以形成聚合物层102。因此，空腔802的尺寸可以取决于聚合物层102的期望尺寸。此外，空腔802可界定微流体通道，其可包括化学物质递送系统106。注塑模具800的结构可以被设计成促进聚合物层102架构(例如，可以包括多个囊502的架构，其可以容纳生物传感器模块104的阵列)。
图9示出了用于制造一个或多个生物传感器封装100的方法700的流程图。
在902，方法900包括将单体材料注入到模具(例如，模具800)中。单体材料可聚合以形成包括聚合物层102的聚合物材料，单体材料可包括PDMS单体、异氰酸酯单体和/或多元醇单体。
在904，方法900包括聚合和/或硬化单体材料以形成聚合物层102。在902处的聚合和/或硬化可通过单体材料在模具中时的热和/或光暴露来促进。如本文所述，所得聚合物层102可表征为耐用的、弹性体的和生物惰性的。
在906，方法900包括从模具释放聚合物层102。从模具中释放聚合物层102有助于进一步制造生物传感器封装100。
在908，方法900包括将水凝胶基质(例如，包括透明质酸聚合物)装载到化学物质递送系统106中，所述化学物质递送系统106可由聚合物层102限定。水凝胶基质可嵌入一种或多种化合物，包括但不限于：用于表达蛋白质的遗传物质(例如，由病毒携带)、神经递质(例如，多巴胺、γ-氨基丁酸(“GABA”)和/或血清素)、生长因子、生长抑制剂、药物(例如，用于癫痫和/或帕金森病的药物)、其组合等。
在910，方法900包括促进水凝胶基质内的交联以实现一种或多种组成状态，所述组成状态可帮助水凝胶保持在化学物质递送系统106内，直到被生物环境降解(例如，溶解)。例如，910处的交联可以通过热和/或光暴露来激活。
在912，方法900包括将生物传感器模块104附接到聚合物层102。生物传感器模块104可以包括例如：传感器108、半导体衬底110、刺激设备112、计算机单元114(例如，其可以包括一个或多个处理器)和/或功率设备116。此外，生物传感器模块104的一个或多个特征(例如，传感器108和/或计算机单元114)可以可操作地耦合在一起。生物传感器模块104可以插入和/或附接到由聚合物层102限定的一个或多个囊502。
已经出于说明的目的给出了本发明的各种实施例的描述，但是其不旨在是穷尽的或限制于所公开的本发明的实施例。在不背离本发明范围的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择这里使用的术语是为了最好地解释本发明的原理、实际应用或对市场上发现的技术改进，或者使本领域的其他普通技术人员能够理解本发明。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
生物传感器模块，其包括半导体衬底和处理器，所述半导体衬底具有一个或多个可操作地耦合到所述处理器的传感器和集成刺激设备；以及
聚合物层，其中所述生物传感器模块嵌入在所述聚合物层中，使得所述聚合物层设置在所述生物传感器模块的多个侧面上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述半导体衬底选自由氮化镓、硅、蓝宝石和氧化硅组成的组。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物层是弹性体的。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述聚合物层包括选自由聚二甲基硅氧烷、壳多糖、纤维素和聚氨酯组成的第二组的聚合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述半导体衬底具有所述传感器。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述生物传感器模块进一步包含可操作地耦合到所述处理器的发光二极管。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述聚合物层包括与所述传感器相邻的化学物质递送系统，并且其中所述化学物质递送系统包括位于生物传感器模块附近且位于所述聚合物层的一部分内的微流体通道。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述生物传感器模块还包括选自由电容器和电池组成的第三组的电源设备。
9.根据权利要求6所述的装置，其中所述半导体衬底是透明的，且其中所述发光二极管集成到所述半导体衬底中。
10.根据权利要求5所述的装置，其中所述生物传感器模块是光遗传刺激设备。
11.根据权利要求5所述的装置，其中所述生物传感器模块进一步包括可操作地耦合到所述处理器的发光二极管，且其中所述传感器和所述发光二极管集成在所述半导体衬底内。
12.根据权利要求5所述的装置，其中所述装置进一步包括嵌入所述聚合物层中的第二生物传感器模块，使得所述聚合物层设置在所述第二生物传感器模块的多个侧面上，其中所述第二生物传感器模块包括第二半导体衬底和第二处理器，所述第二半导体衬底具有可操作地耦合到所述第二处理器的第二传感器。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述半导体衬底包括所述集成刺激设备。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述生物传感器模块进一步包括传感器和电源设备，其中所述传感器和所述电源设备可操作地耦合到所述处理器，且其中所述电源设备选自由电容器和电池组成的第三组。
15.根据权利要求12所述的装置，其中所述聚合物层包括位于所述生物传感器模块附近的微流体通道，并且其中所述微流体通道包括水凝胶，所述水凝胶包括选自由用于表达蛋白质的遗传材料、神经递质、生长因子、生长抑制剂和药物组成的组的化学物质。
16.根据权利要求12所述的装置，其中所述集成刺激设备选自由发光二极管、加热器和电极组成的组。
17.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置进一步包括嵌入在所述聚合物层中的第二生物传感器模块，使得所述聚合物层设置在所述第二生物传感器模块的多个侧面上，其中所述第二生物传感器模块包括第二半导体衬底和第二处理器，所述第二半导体衬底包括可操作地耦合到所述第二处理器的第二集成发光二极管。
18.一种方法，包括：
将聚合物注入到模具中以产生聚合物层；以及
将生物传感器模块附接到所述聚合物层，使得所述聚合物层设置在所述生物传感器模块的多个侧面上，其中所述生物传感器模块包括半导体衬底和处理器，并且其中所述半导体衬底具有可操作地耦合到所述处理器的传感器。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述注射进一步包括在所述聚合物层中产生微流体通道，其中所述方法进一步包括将水凝胶沉积到所述微流体通道中，并且其中所述水凝胶包含选自由用于表达蛋白质的遗传材料、神经递质、生长因子、生长抑制剂和药物组成的组的化学物质。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述半导体衬底选自由氮化镓、硅、蓝宝石和氧化硅组成的第一组，且其中所述聚合物选自由聚二甲基硅氧烷和聚氨酯组成的第二组。
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