用于生物相容性通電元件的電解質制劑的制作方法
【專利說明】用于生物相容性通電元件的電解質制劑
[0001] 相關專利申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2014年8月21日提交的美國臨時申請62/040178的權益。
【背景技術】
[0003] 1.巧術領域
[0004] 描述了在生物相容性電池中使用的電解質制劑。在一些實例中，在生物相容性電 池中使用的電解質制劑的使用領域可包括需要能量的任何生物相容性裝置或產品。
[000引2.巧關領域描沐
[0006] 近來，醫(yī)療裝置的數量開始快速增長并且其功能不斷完善。運些醫(yī)療裝置可包括 例如植入式起搏器、監(jiān)測和/或測試生物功能的電子藥丸、具有活性部件的外科裝置、接觸 鏡片、輸注累和神經刺激器。前述許多醫(yī)療裝置的功能增加和性能增強已經理論化并得W 發(fā)展。然而，為了實現(xiàn)理論化增加的功能，運些裝置中的許多裝置現(xiàn)在都需要自備通電裝 置，該通電裝置與運些裝置的尺寸和形狀要求W及新的通電部件的能量要求相容。
[0007] -些醫(yī)療裝置可包括諸如半導體器件的電氣部件，運些部件執(zhí)行多種功能并且可W結合到許多生物相容性和/或植入式裝置中。然而，此類半導體部件需要能量，因此，通 電元件也應該優(yōu)選地被包括在此類生物相容性裝置中。生物相容性裝置的外形和相對較小 的尺寸可為各種功能的限定產生挑戰(zhàn)性的環(huán)境。在許多實例中，重要的是提供安全、可靠、 緊湊和高性價比的裝置來為生物相容性裝置內的半導體部件供能。因此，需要形成用于植 入生物相容性裝置內或之上的生物相容性通電元件，在生物相容性裝置中的運些毫米或更 小尺寸的通電元件結構在保持生物相容性的同時也提供了增強的功能。
[0008] 用于為裝置供能的一個此類通電元件可為電池。電池中的普通元素為電池電解 質。電池電解質有利于電子經由電池內的離子傳導而從電池轉出。電池的功能可主要取決 于結構的設計、材料，W及與電池電解質的形成相關的過程。此外，在一些實例中，對電池電 解質材料的容納可為生物相容性的重要方面。因此，存在對形成用于生物相容性通電元件 的生物相容性電解質的新型實例的需要。

【發(fā)明內容】

[0009] 因此，本發(fā)明公開了用于生物相容性電池的電解質制劑，其在維持生物相容性通 電元件所需的生物相容性、性能和功能的同時提供電化學和生物相容性優(yōu)點。
[0010] 一個一般方面包括包含電解質制劑的生物相容性電池，其中該生物相容性電池包 括第一集流體和第二集流體。該生物相容性電池還包括陰極。該生物相容性電池還包括陽 極。該電池可具有層狀結構，其中所述層狀結構的至少一個層的體積被移除W形成腔。該 腔容納電解質溶液，其中該電解質溶液包含電離鹽和溶劑。
[0011] 具體實施可包括W下特征中的一者或多者。在一些實例中，生物相容性電池的電 離鹽可為W下中的一者或多者：氯化鋒、氯化錠、乙酸鋒、硫酸鋒、漠化鋒、水合葡萄糖酸鋒、 硝酸鋒和艦化鋒。在一些實例中，溶劑為水。
[0012] 可能存在包含在該生物相容性電池中的其他添加劑。例如，該生物相容性電池可 包含供應為醋酸銅的+3銅離子。此外，該生物相容性電池可包括硫酸銅。
[0013] 可能存在出于各種目的被添加到該生物相容性電池的膠凝劑，該目的包括通過妨 礙電解質從該生物相容性電池泄露的能力來提高安全性。在一些實例中，可被添加到該生 物相容性電池的膠凝劑可包括W下中的一者或多者：瓊脂、簇甲基纖維素和徑丙基甲基纖 維素。
[0014] 該生物相容性電池可包括鹽，該鹽通常包括在潤濕溶液（也稱為潤濕溶液）諸如 大量鹽中的氯化鋼和棚酸鋼中。
[0015] 該生物相容性電池可包括表面活性劑。在一些實例中，表面活性劑為triton qs44〇
[0016] 生物相容性電池可為生物醫(yī)療裝置供能。在一些實例中，本發(fā)明的各種生物相容 性電池可被包括在被供能生物醫(yī)療裝置中。在運些實例中的一些實例中，該生物醫(yī)療裝置 為接觸鏡片。
[0017] 生物相容性電池可具有形成于其中的多個單元，并且運些單元在一些實例中可分 別具有不同的功能。一個一般方面包括生物相容性電池，其中該生物相容性電池包括：第一 集流體和第二集流體、陰極、陽極；和層狀結構。在一些實例中，層狀結構的至少一個層可的 第一體積被移除W形成第一腔并且第二體積被移除W形成第二腔。該電解質制劑可被包含 在該第一腔內。該生物相容性電池可還包括該第一腔和該第二腔之間的通道；其中電活性 元件控制通過該通道的流量。在一些實例中，所述層狀結構的至少一個層的第=體積可被 移除W形成第=腔。該第=腔可還包括電極，并且電解質溶液可從外部位置擴散到該第= 腔中。電解質從外部位置擴散到該第=腔中可激活該第=腔中的儲備電池。在一些實例中， 該生物相容性電池可還響應光信號，該光信號可與連接到由第=腔中的儲備電池供能的電 子電路的光電池相互作用。當接收到光信號時，該光信號可繼而激活該生物相容性電池的 電活性元件，從而允許電解質流入第二腔中。
[0018] 一個一般方面包括包含電解質制劑的生物相容性電池，其中該生物相容性電池包 括：第一集流體和第二集流體、陰極、陽極；和層狀結構。該層狀結構的體積可被移除W形 成腔，其中該腔填充有電解質。在一些實例中，電解質可包含大約10%至20%的氯化鋒、大 約250ppm至SOOppm的triton qs44和大約IOOppm至200ppm的供應為醋酸銅的+3銅離 子。
[0019] 一個一般方面包括包含電解質制劑的生物相容性電池，其中該生物相容性電池包 括：第一集流體和第二集流體、陰極、陽極；和層狀結構。該層狀結構的體積可被移除W形 成腔，其中膠體電解質形成于該腔的至少一部分內。在一些實例中，膠體電解質可包括大約 2摩爾的硝酸巧去離子水溶液、按重量計大約1重量％的簇甲基纖維素和按重量計大約10 重量％的二氧化娃。
[0020] 一個一般方面包括具有插入件裝置的生物醫(yī)療裝置設備。該插入件裝置可包括響 應于控制電壓信號的電活性元件，和生物相容性電池。該生物相容性電池可包括第一集流 體和第二集流體、陰極、陽極、分隔物和層狀結構。該層狀結構的體積可被移除W形成腔，其 中該腔填充有電解質等等。該生物相容性電池可包括電離鹽；和溶劑。該生物醫(yī)療裝置設 備可還包括電連接至該生物相容性電池的電路，該生物相容性電池向電活性元件提供控制 電壓信號。在一些實例中，生物醫(yī)療裝置可為接觸鏡片。
[0021] 該生物相容性電池可具有內部結構，其中在其中形成有腔的一個層或多個層的至 少第=體積被移除W形成第=類型的腔。第=腔可還包括電極。在一些情況下，電解質溶 液可從外部位置擴散到第=腔中。電解質溶液W運種方式擴散可將第=腔激活為變成活性 電池的儲備電池。在一些實例中，該儲備電池可為電路供能，該電路包含可響應于外部信號 的檢測器元件。當外部信號與該檢測器元件相互作用時，從該相互作用得到的電信號可激 活電池的剩余部分中的電活性元件，從而允許電解質從第一類型的腔中的儲存位置流動到 第二類型的腔中的儲備電池單元中?？纱嬖赪運種方式形成于生物相容性電池元件中的附 加的電池單元和儲備電池。
【附圖說明】
[0022] W下是附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的更為具體的說明，通過運些說明，本發(fā)明 的上述及其他特征和優(yōu)點將顯而易見。
[0023] 圖IA至圖ID示出了與接觸鏡片的示例性應用一致的生物相容性通電元件的示例 性方面。
[0024] 圖2示出了示例性電池設計的單個電池的示例性尺寸和形狀。
[00巧]圖3A示出了具有示例性陽極和陰極連接部的第一獨立式封裝的生物相容性通電 元件。
[0026] 圖3B示出了具有示例性陽極與陰極連接部的第二獨立式封裝的生物相容性通電 元件。
[0027] 圖4A至圖4N示出了形成用于生物醫(yī)療裝置的生物相容性通電元件的示例性方法 步驟。
[002引圖5示出了示例性的完全成形的生物相容性通電元件。
[0029] 圖6A至圖6F示出了生物相容性通電元件結構形成的示例性方法步驟。
[0030] 圖7A至圖7F示出了采用另選電鍛方法使生物相容性通電元件結構形成的示例性 方法步驟。
[0031] 圖8A至圖細示出了形成具有水凝膠分隔物的用于生物醫(yī)療裝置的生物相容性通 電元件的示例性方法步驟。
[0032] 圖9A至圖9C示出了利用另選水凝膠處理實例的生物相容性通電元件的結構形成 的示例性方法步驟。
[0033] 圖IOA至圖IOF示出了將陰極混合物優(yōu)化和未優(yōu)化地沉積到腔中。
[0034] 圖11示出了腔內陰極混合物的聚結。
[0035] 圖12A至圖12F示出了生物相容性通電元件中的膠體電解質的示例性用途。
【具體實施方式】
[0036] 在本申請中公開了在生物相容性電池中使用的電解質制劑。在下述部分中，給出 了各種實例的詳細描述。文中描述的實例僅為示例性實施例，各種修改和更改對于本領域 的技術人員而言可為顯而易見的。因此，實例不限制本申請的范圍。該電解質制劑，和包含 在該電解質制劑中的結構可被設計用于生物相容性電池。在一些實例中，運些生物相容性 電池可被設計成在活生物體的機體中或其附近使用。
[0037]術語
[003引在下文的說明和權利要求書中，可用到各種術語，它們將采用W下定義：
[0039] 如本文所用的"陽極"是指電流通過其流進極化的電氣裝置中的電極。電流的方 向通常與電子流的方向相反。換句話講，電子從陽極流進例如電路中。
[0040] 如本文所用的"粘結劑"是指能夠表現(xiàn)出對機械變形的彈性反應并且與其他通電 元件部件化學相容的聚合物。例如，粘結劑可包括電活性材料、電解質、聚合物等。
[0041] 如本文所用的"生物相容性"是指在具體的應用中W合適的宿主反應執(zhí)行的材料 或裝置。例如，生物相容性裝置對生物系統(tǒng)不具有毒性或有害作用。
[0042] 如本文所用的"陰極"是指電流通過其流出極化的電氣裝置的電極。電流的方向 通常與電子流的方向相反。因此，電子流進極化的電氣裝置的陰極中并流出例如所連接的 電路。
[0043] 如本文所用的"涂層"是指薄的形式的材料沉積物。在一些用途中，該術語將指代 基本上覆蓋基底表面的薄沉積物，該沉積物在表面上形成。在其他更特殊的用途中，該術語 可用于描述在表面的更小區(qū)域中的小且薄的沉積物。
[0044] 如本文所用的"電極"可指能量源中的有效質量。例如，其可包括陽極和陰極中的 一者或兩者。
[0045] 如本文所用的"通電的"是指能夠提供電流或能夠在其內儲存電能的狀態(tài)。
[0046] 如本文所用的"能量"是指使物理系統(tǒng)做功的能力。通電元件的許多用途可設及 能夠執(zhí)行電動作的能力。
[0047] 如本文所用的"能量源"或"通電元件"或"通電裝置"是指能夠提供能量或將邏輯 或電氣裝置置于通電狀態(tài)的任何裝置或層。通電元件可包括電池。電池可由堿性類型的電 池化學物質形成，并且可為固態(tài)電池或濕電池。
[0048] 如本文所用的"填充物"是指不與酸或堿性電解質反應的一種或多種通電元件分 隔物。一般來講，填充物可包括基本上水不溶性的材料，諸如炭黑、煤粉、石墨；金屬氧化物 和氨氧化物，諸如娃、侶、巧、儀、領、鐵、鐵、鋒和錫的那些氧化物和氨氧化物；金屬碳酸鹽， 諸如巧和儀的那些碳酸鹽；礦物質，諸如云母、蒙脫±、高嶺石、綠坡縷石和滑石；合成的和 天然的沸石，諸如波特蘭水泥；沉淀金屬娃酸鹽，諸如娃酸巧；中空或實屯、聚合物或玻璃微 球、薄片和纖維；等等。
[0049] 如本文所用的"功能化的"是指使層或裝置能夠執(zhí)行包括例如通電、激活和/或控 制的功能。
[0050] 如本文所用的"電離鹽"是指將在溶劑中溶解W在溶液中產生溶解的離子的離子 固體。在許多實例中，溶劑可包含水。
[0051] 如本文所用的"模具"是指可W用于由未固化的制劑形成S維物體的剛性或半剛 性物體。一些示例性模具包括兩個模具部件，所述兩個模具部件在彼此相對時限定=維物 體的結構。
[0052] 如本文所用的"功率"是指單位時間內做的功或傳遞的能量。
[0053] 如本文所用的"可再充電"或"可再通電"是指恢復到具有更大做功本領的狀態(tài)的 能力。多種用途可設及使電流到能夠W某一速率在特定的恢復時間段內流動的恢復能力。
[0054] 如本文所用的"再通電"或"再充電"是指恢復到具有更大做功本領的狀態(tài)。多種 用途可設及使裝置恢復到使電流W某一速率在特定的恢復時間段內流動的能力。
[0055] 如本文所用的并有時稱為"從模具釋放"的"釋放"意指S維物體與模具完全分離， 或者只是松散地附接到模具，使得可通過輕輕晃動而移除。
[0056] 如本文所用的"堆疊的"是指將至少兩個部件層緊鄰彼此放置，使得其中一層的一 個表面的至少一部分接觸第二層的第一表面。在一些實例中，不論用于粘附或者用于其他 功能的涂層可駐留在通過該涂層彼此接觸的兩個層之間。
[0057] 如本文所用的"跡線"是指能夠將電路部件連接在一起的通電元件部件。例如， 當基底為印刷電路板時，電路跡線可包括銅或金，并且在柔性電路中通常可為銅、金或印刷 膜。一種特殊類型的"跡線"為集流體。集流體是具有電化學相容性的跡線，運使得集流體 適用于在電解質的存在下引導電子流向陽極或流出陰極。
[0058] 本文展示的方法和設備設及形成用于包括在扁平或=維生物相容性裝置之內或 之上的生物相容性通電元件。一種特定類型的通電元件可為W層形式制造的電池。層還可 被歸類為層合物層。W運種方式形成的電池可被歸類為層狀電池。
[0059] 根據本發(fā)明，還可有關于如何組裝和配置電池的其他實例，其中一些會在W下部 分中描述。然而，對于許多運些實例，存在可獨立進行描述的電池的所選參數和特性。在下 述部分中，將重點描述一些特性和參數。
[0060] 具有牛物巧容忡通由元件的示例忡牛物民療裝晉構推
[0061] 可包括本發(fā)明的通電元件、電池的生物醫(yī)療裝置的實例可W是電活性調焦接觸鏡 片。參見圖1A，此類接觸鏡片插入件的實例被示為接觸鏡片插入件100。在接觸鏡片插入 件100中，可存在電活性元件120,該電活性元件可響應于控制電壓來適應聚焦特性變化。 用于提供那些控制電壓信號W及提供其他功能諸如根據外部控制信號控制環(huán)境感測的電 路105可由生物相容性電池元件110供能。如圖IA所示，電池元件110可作為多個主要 件，在此例中是=個件，并且可包括各種電池化學元件構型，如所討論的那樣。電池元件110 可具有各種互連特征結構，W將可示出為在互連件區(qū)域114下方的件接合在一起。電池元 件110可連接至電路元件，該電路元件可具有自身的基底111，互連特征結構125可位于該 基底上?？蔀榧呻娐沸问降碾娐?05可電連接和物理連接至基底111及其互連特征結構 125。
[0062] 參見圖1B，接觸鏡片150的剖面浮雕（cross sectional relief)可包括接觸鏡片 插入件100及其所討論的組成。接觸鏡片插入件100可被包封到接觸鏡片水凝膠155的裙 邊中，裙邊可包封接觸鏡片插入件100并為用戶的眼睛提供與接觸鏡片150的舒適接觸面。
[0063] 參考本發(fā)明的概念，電池元件可W二維形式形成，如圖IC所描述。在該圖示中，可 存在電池單元的兩個主要區(qū)域，即電池部件165和第二電池部件的區(qū)域W及電池化學元件 160的區(qū)域。在圖IC中W扁平形式示出的電池元件可連接至電路元件163,在圖IC的實例 中電路元件163可包括兩個主要電路區(qū)域167。電路元件163可在電觸點161和物理觸點 162處連接至電池元件。如已相對于本發(fā)明進行描述的，該扁平結構可折疊成=維錐形結 構。在此過程中，第二電觸點166和第二物理觸點164可用于連接=維結構并使其保持物 理穩(wěn)定。參見圖1D，可找到該S維錐形結構180的圖示。其中也可找到物理觸點和電觸點 181，并且該圖示可視為所得結構的=維視圖。該結構可包括模塊化電氣和電池部件，所述 部件將與鏡片插入件一起結合到生物相容性裝置中。
[0064] 分段式由術方案
[0065] 參見圖2,針對用于接觸鏡片類型實例的示例性電池元件描述了不同類型的分段 式電池方案的實例。分段部件可相應地為圓形271、正方形272或矩形。在矩形實例中，矩 形可W是小矩形形狀273,較大矩形形狀274,或者甚至更大的矩形形狀275。
[0066] 扁平由術元件的定制形狀
[0067] 在生物相容性電池的一些實例中，電池可成形為扁平元件。參見圖3A，描述了具有 陽極連接部311和陰極連接部312的電池元件的矩形輪廓310的實例。參見圖3B，描述了 具有陽極連接部331和陰極連接部332的電池元件的圓形輪廓330的實例。
[0068] 在一些扁平形式電池的實例中，電池的輪廓可在尺寸和幾何形狀上被構造成裝配 在定制產品中。除矩形或圓形輪廓的實例外，還可形成定制的"自由形式"或者"自由形狀" 輪廓，運可允許優(yōu)化電池構型W裝配在給定的產品內。
[0069] 在可變光學件的示例性生物醫(yī)療裝置中，扁平輪廓的"自由形式"實例可為弧形形 式。自由形式可具有W下幾何形狀，當它形成=維形狀時，其可采用裝配在接觸鏡片的限制 范圍內的錐形、環(huán)形裙邊的形式，。顯然，在醫(yī)療裝置具有限制性2D或3D形狀要求的情況 下，可形成類似的有利幾何形狀。
[0070] 由術的牛物巧容忡方而
[0071] 作為一個實例，根據本發(fā)明的電池可具有關于安全性和生物相容性的重要方面。 在一些實例中，用于生物醫(yī)療裝置的電池可需要滿足優(yōu)于典型應用場景的要求。在一些實 例中，可在設計方面考慮到與應力事