[发明专利]微型机械被动流量调节器

说明书

技术领域

本发明涉及用于诸如疼痛治疗目的的药物递送领域的流体流量调节器，药物是液态或气态的。这些流量调节器也可用于脑积水患者的引流脑脊液(CSF)。本发明还涉及这些流量调节器的制造工艺。

背景技术

相比于主动药物注射设备，被动药物注射设备不依赖于泵来递送药物，但依赖于加压药物贮存器。这些被动式设备的一个已知问题在于：至递送位置(例如，可以是患者的身体)的药物流速可以作为贮存器中剩余的药物量的函数而变化，只要贮存器中的压力取决于该药物量。因此，这些被动式设备通常配备有流体流量调节器以确定药物流速尽可能地相对于贮存器中剩余的药物量保持稳定。

申请人可通过注册名称“Chronoflow”而购得这样的被动式药物流量调节器，并且这种被动式药物流量调节器的实例在专利US 6,203,523B1中公开。该设备包括适于连接到流体贮存器的流体入口以及适于连接到患者身体的流体出口。其包括在周边连接区域中紧密连接在一起的刚性基板和弹性薄膜，从而限定其中的腔。该腔连接到流体出口，而薄膜具有对着该腔的第一表面，该第一表面连接到流体入口。薄膜具有与腔相邻的中心通孔，从而限定从流体入口到流体出口的流体路径，并且薄膜是柔性的，从而在流体施加在第一表面上的压力大于第一预定阈值的情况下，薄膜能够与基板接触。由于薄膜在其中心通孔的区域中将与基板接触，这将封闭通孔并阻碍流体流过其中。

该设备还包括蚀刻在基板中的流量调节器开通道，其入口朝向薄膜的中心通孔，其出口连接到设备的出口。该通道是螺旋曲线的形状，从而施加在薄膜上的压力越大，其关闭通道的程度越大，由此迫使在其中流动的流体流出腔。

因此，当施加在薄膜上的压力增加时，流量调节器通道内的流体路径的长度增加，从而设备的流体阻力也增加。因此，就贮存器压力而言，流速可在预定范围内大体上保持恒定。

然而，这种设备的制造是复杂且昂贵的。事实上，基板必须根据特定模式来蚀刻，考虑到流量调节器的正常工作所需的精度等级，这更加棘手。因此，不仅仅是基板的制造需要特定的额外步骤，而且这些步骤难以实施。取决于设备的大小，诸如SOI的特殊材料被用于制造基板，这导致成本进一步上升。同样重要的是注意到该设备对微粒的敏感性。薄膜和基板在高压下的大接触区域可能会出现问题，这是由于该区域中的任何微粒将导致泄漏。

此外，通过这种方法制造的设备设计用于一种与药物递送有关的特定参数设置(即，预定贮存器压力范围和平均流速)。为估计螺旋形状并考虑到通道外的流量限制，该设备的复杂流体仿真是必要的，这使得难以进行任何设计的更改。

Park提出了另一种用于脑积水治疗的恒定流速微阀(S.Park、W.H.Ko、和J.M.Prahl，“A constant flow-rate microvalve actuator based on silicon and micromachining technology，”Tech.Dig.1988 Solid-State Sens.Actuator Workshop(Hilton Head’88)，Hilton Head Island，SC，Jun.6-9(1988)136-139)。该阀也由覆盖平面基板的隔膜制成；压力升高时，通道截面减少，由此导致准稳态流速。描述的理论和实验数据都显示不能实现完美稳定流速，这是因为流体阻力随着施加的压力以线性方式增加并且通道的截面的变化是强烈非线性的。这种非线性并未通过使用螺旋通道来补偿。讨论的关于US 6,203,523B1中的设计的限制也在此处出现。