可調(diào)被動式流量調(diào)節(jié)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可調(diào)被動式流量調(diào)節(jié)器，其可以用在藥物輸送(液體的或氣體的，例如，用于疼痛治療)的領(lǐng)域中或用于為腦積水病人引流腦脊液(CSF)
【背景技術(shù)】
[0002]與主動式藥物輸注裝置相反，被動式藥物輸注裝置不依靠栗輸送藥物而是依靠增壓的藥物容器。這些被動式裝置的已知問題是只要容器中的壓力取決于留在容器中的藥物量，則通向輸送位置的藥物流速可能根據(jù)留在容器中的該藥物量而變化，所述輸送位置例如可能是病人的身體。因而這種被動式裝置通常設(shè)有流體流量調(diào)節(jié)器以確保藥物流速相對于留在容器中的藥物量盡可能恒定。
[0003]這種被動式藥物流量調(diào)節(jié)器的例子可以由申請人根據(jù)注冊名稱“Chronof low”而得到并且在專利US6203523中披露。專利US6203523的內(nèi)容被并入本文作為參考。該裝置包括適合于連接到流體容器的流體入口和適合于連接到病人身體的流體出口。它包括剛性的基底和柔性膜，其在周邊連接區(qū)域中牢固地連接在一起以便在其間限定一空腔。該空腔連接到流體出口，而膜具有與連接到流體入口的空腔相對的第一表面。膜具有與空腔鄰近的中央通孔，以限定用于從流體入口至流體出口的流體的通路，并且膜是柔性的以便假如流體將大于第一預(yù)定閾值的壓力應(yīng)用于第一表面上，膜能與基底接觸。當(dāng)膜在其中央通孔的區(qū)域中與基底接觸時(shí)，其將阻塞中央通孔并且導(dǎo)致阻止流體流過中央通孔。該裝置還包括在基底中蝕刻的流量調(diào)節(jié)器開放通道，其具有面對膜的中央通孔的入口和連接到裝置出口的出口。該通道呈螺旋曲線的形狀以使得，應(yīng)用于膜上的壓力越大，它封閉越多的通道，因而迫使流體流入它中以找到離開空腔的路。因此，當(dāng)應(yīng)用于膜上的壓力增加時(shí)，位于流量調(diào)節(jié)器通道內(nèi)的流體通路的長度增加，因此裝置的流體的阻力增加。因而，就容器壓力而言，流量可以在預(yù)定范圍內(nèi)保持近似恒定。
[0004]然而，這種裝置的制造是復(fù)雜且昂貴的。實(shí)際上，必須按照特定圖案蝕刻基底，關(guān)于精度等級，這是相當(dāng)精細(xì)的，其必須被重視以便流量調(diào)節(jié)正確地操作。因而，不僅基底的制造要求特定的額外步驟，而且這些步驟執(zhí)行得比較精細(xì)。取決于裝置的尺寸，特定材料如SOI將被用于基底的制造，其是更昂貴的。注意到該裝置對顆粒敏感也是重要的。在膜和基底之間處于高壓的大接觸面積可能是有問題的，因?yàn)樵搮^(qū)域中的任何顆粒將會引起泄露。此外，通過該工藝制造的裝置被設(shè)計(jì)成用于關(guān)于藥物輸送的一組特定參數(shù)，即預(yù)定容器壓力范圍和平均流速。這種裝置必需進(jìn)行復(fù)雜的流體模擬以評估螺旋形狀和考慮通道之外的流動限制，使得任何設(shè)計(jì)改變都很困難。
[0005]Park報(bào)告了另一種用于腦積水治療的恒定流量微型閥[S.Park, ff.H.Ko,和 J.M.Prahl，〃A constant flow-rate microvalve actuator based on siliconand micromachining technology，，，在 Tech.Dig.1988Solid-State Sens.ActuatorWorkshop (Hilton Head’88)中，Hilton Head Island，SC，Jun.6-9 (1988) 136-139] 0 閥也由覆蓋扁平基底的隔膜構(gòu)成，通道截面在壓力增加時(shí)減小，從而導(dǎo)致準(zhǔn)穩(wěn)定的流速。所報(bào)告的理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都顯示出不能獲得完美的穩(wěn)定速度，因?yàn)榱髯桦S著所應(yīng)用的壓力以線性的方式增加而通道截面的變化是徹底非線性的。該非線性沒有被螺旋通道的使用補(bǔ)償。
[0006]Kartalov報(bào)告了用于牛頓流體的被動式流量調(diào)節(jié)器的基于PDMS的裝置，[E.P.Kartalov, C.Walker, C.R.Taylor, ff.F.Anderson,和 A.Scherer, ^Microfluidic viasenable nested b1arrays and autoregulatory devices in Newtonian fluids, 〃Proc.Nat.Acad.Set.103 (2006) 12280-12284] 0該裝置由三維結(jié)構(gòu)構(gòu)成，顯示了重要的死區(qū)容積。自動調(diào)節(jié)裝置包括在源和排出口之間的主通道，當(dāng)流體沿著該通道流動時(shí)，靜壓力減小，該通道還包括被稱為推高閥的柔性膜。靜壓力沿著通向閥的無出口迂回通道保持恒定。推高閥經(jīng)受的有效壓力等于閥上面的在通道分支和主通道段之間的靜壓力降。當(dāng)壓力降增大時(shí)，閥膜向上變形并壓縮主通道，導(dǎo)致伴隨所應(yīng)用壓力的流體阻力的增大，因而導(dǎo)致牛頓流體的非線性。這種裝置的盡頭端的存在使得起動困難，被陷在閥下面的空氣將引起阻尼效應(yīng)，但這種裝置的主要缺點(diǎn)是流速精度。
[0007]公開號為W02007/004105A1的申請披露了一種閥裝置，其包括基底和彈性膜，所述膜至少在閥區(qū)域周圍連接到基底。所述閥包括壓力裝置，其將柱塞壓靠在膜上以關(guān)閉閥。因此所述閥被所述壓力裝置致動并且沒有依據(jù)流過所述閥的流體自動調(diào)節(jié)。
[0008]Saaski等人在US5839467中披露了一種裝置，其具有牢固地附接到基底的膜，基底具有空腔和中心柱，中心柱具有通孔。入口位于基底的側(cè)面上。專利US5839467的內(nèi)容被并入本文作為參考。流體從該入口流向出口，出口位于基底柱的通孔之后。與柱相對的膜側(cè)部遭受容器壓力。柱的上部和膜之間的小間隙形成大的流體限制。通過增大容器壓力，膜朝向柱偏移，減小柱和膜之間的間隙高度。該裝置可以被看作閥，其可以在容器壓力增大時(shí)，即在柱和膜之間的間隙高度變得等于零時(shí)，關(guān)閉。在那種情況下，除了在柱區(qū)域上面之夕卜，膜兩側(cè)上的壓力是相等的。披露了各種構(gòu)形，包括單向閥功能部件，關(guān)閉功能部件，具有帶通孔的膜和非鉆式柱的裝置。因而對于每個(gè)提議，流速都可以或多或少地被控制直到閥關(guān)閉，但在任何情況下，由于在間隙高度變化時(shí)該閥的流體阻力的非線性，可以實(shí)現(xiàn)恒定流量。此外，容器壓力直接應(yīng)用在膜兩側(cè)上的事實(shí)使得必需在任何壓力下都使用柱和膜之間的小間隙，否則裝置不會調(diào)節(jié)流量。被披露的僅2.5微米的間隙是該特征的例子。因而該裝置對于顆粒非常敏感，該間隙的相關(guān)機(jī)械加工公差也難以實(shí)現(xiàn)。
[0009]申請US 2011/132480提出了一種替代的被動式流體流量調(diào)節(jié)器，其制造更容易且更便宜，并且就涉及的其使用的條件而言，其提供更多的靈活性。申請US 2011/132480的內(nèi)容被并入本文作為參考。所述申請US 2011/132480披露了發(fā)明，其特別地包括調(diào)節(jié)器，其特征在于，其膜包括與空腔相鄰的至少一個(gè)額外的通孔，并且該通孔布置成使得即使在流體對膜的第一表面施加壓力的情況下，流體也可以流過該孔，該壓力大于第一預(yù)定閾值但小于第二預(yù)定閾值。此外，該調(diào)節(jié)器特征在于，膜和額外的通孔進(jìn)一步布置成使得根據(jù)施加在膜的第一表面上的壓力，流體流速將是基本上線性的，優(yōu)選地恒定的，該壓力所處范圍大約從第一至第二預(yù)定閾值。膜可以包括η個(gè)與空腔相鄰的額外的通孔，每個(gè)第j個(gè)額外的通孔都布置成使得在流體對第一表面施加壓力的情況下，流體可以流過該通孔，其中該壓力大于第j個(gè)預(yù)定閾值但小于第(j+Ι)個(gè)預(yù)定閾值。此外，膜和η個(gè)額外的通孔會被進(jìn)一步布置成使得根據(jù)施加在第一表面上的壓力，流體流速將是基本上線性的，優(yōu)選地恒定的，該壓力所處范圍大約從第一至第(η+1)個(gè)預(yù)定閾值。但是，在其制造之后，該裝置不能根據(jù)需要調(diào)節(jié)以適應(yīng)病人的特殊需要。因此，每個(gè)設(shè)備都設(shè)計(jì)成特定的需要，如果需要改變，設(shè)備也必須改變。
[0010]被動式流量調(diào)節(jié)器可以有利地用于腦積水的治療中。腦積水通常是由于腦室中的或大腦上面的蛛網(wǎng)膜下腔中的CSF外流的阻塞造成的。腦積水治療是外科手術(shù):它涉及到將腦室導(dǎo)管(例如由硅橡膠制成的管)放置到腦室中以繞過流動阻塞部/不正常工作的蛛網(wǎng)膜顆粒并將多余的流體引流到其他體腔中，從該其他體腔，所述流體可以被再吸收。大多數(shù)的CSF分流術(shù)是基于與CSF的流速無關(guān)地保持恒定的顱內(nèi)壓(ICP)的原理。CSF分流術(shù)已構(gòu)造成當(dāng)CSF分流術(shù)的入口和出口之間的壓差減小到預(yù)定水平時(shí)切斷CSF流動，該預(yù)定水平被稱為分流術(shù)的開始壓力。
[0011]ICP分流的例子顯示在Hakim的US3288142中，其是用來控制病人身體的不同部分之間的流體引流的手術(shù)排放閥裝置，特別是用于將腦脊液從腦室引流到血流中(所謂的腦室心房引流術(shù))。臨床經(jīng)驗(yàn)證明，分流的這個(gè)原理不是理想的解決方案。例如由于位置的變化、體育運(yùn)動或病理性壓力波引起的ICP的突然上升會導(dǎo)致過度的CSF引流。文獻(xiàn)中的幾個(gè)報(bào)告(Aschoff等人，1995)指出了由于該過度引流引起的問題，尤其是將顯著變窄的腦室指為導(dǎo)致植入的分流裝置故障的主要因素。原因是腦室壁可能在腦室CSF分流裝置周圍崩潰，和顆粒(細(xì)胞，碎片)可能侵入到分流裝置中。
[0012]美國專利申請US2010/0324504、US2012/0048403、US 2011/0132480 和US2012/0316492中描述的設(shè)備顯示了調(diào)節(jié)CSF流量的替代方式。申請US2012/0316492和US2010/0324504的內(nèi)容被并入本文作為參考。該裝置容許具有大的使用范圍和很好的顆粒耐受性。但這些閥的主要缺點(diǎn)之一在于它們?nèi)狈φ{(diào)節(jié)裝置。不幸的是，閥門的特性需要根據(jù)病人機(jī)體的天然特性而適應(yīng)每個(gè)病人，并且對于任何給定的病人，閥的特性需要根據(jù)病情發(fā)展的方式而隨著時(shí)間的推移進(jìn)行修改。無論是出于初始調(diào)節(jié)的目的還是在疾病的發(fā)展過程中，將一個(gè)閥替換為另一個(gè)具有不同特性的閥需要進(jìn)行外科手術(shù)，因?yàn)殚y被植入在病人的皮膚下面。