[发明专利]用于精确的且低消耗的MEMS微泵致动的方法以及用于执行所述方法的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有泵送室、泵送膜和电压驱动致动器(actuator)和两个阀的胰岛素泵。

更具体地，本发明涉及一种用于膜型微泵的精确的且低消耗的致动分布(profile)的改进方法，通常用于胰岛素的基础输注。

背景技术

往复式排量微泵(reciprocating displacement micropumps)已经是广泛关注的主题。用于泵送流体的微型装置的发展的全面回顾已经由D.J.Laser和J.G. Santiago公开在J.Micromech.Microeng.14(2004)R35-R64。在这些不同种类的装置中，本发明更具体地涉及一种具有两个止回阀(check valve)和固定行程(fixed stroke)的往复式排量泵。

专利申请EP1403519A1公开了一种膜型泵，其具有可周期性移动的可伸缩的聚酰亚胺泵膜，所述聚酰亚胺泵膜使用致动器在对应于最大和最小体积位置的两个位置之间周期性地移动，在所述位置处泵膜分别交替地紧靠第一和第二壁而伸缩。

例如在公开的专利US2006/027523和WO2010/046728A1中描述了MEMS微泵。如图1中示出的这种已知的MEMS微泵是高度小型化的和往复的膜泵送机构。它是使用称作MEMS(微电子机械系统)的技术由硅或硅和玻璃制成的。它包含入口控制部件，此处为入口阀2、泵送膜3、允许探测系统中的各种故障的功能性内部探测器4和出口阀5。这种微泵的原理在现有技术中是已知的，例如从专利号为US5,759,014可知，其内容作为参考并入本申请中。

图1示出了微泵，该微泵具有作为基板8的玻璃层、固定到基板8的作为第二板9的硅层以及固定到硅板9的作为顶板的第二玻璃层10的堆叠，从而限定具有容积的泵送室11。

连接到台面6的致动器(这里未示出)允许泵送膜3在板10和8之间受控地位移，并且更具体地，在所述板10和8的防粘层21和22(图1和2上的微小方形焊盘的阵列)上受控地位移。具有或不具有防粘层的这些板10和8分别是用于泵送膜3的底部和顶部机械限位器。为了将出口控制部件、出口阀5连接到此处未表示出的外部探测器并且最终连接到位于泵的相对侧上的出口端口，还可以存在通道7。

图2示出了MEMS微泵的另一个横截面，该微泵包括通道7上的盖12、外部探测器13和介于外部探测器13和出口端口18之间的流体通17。

在泵1中，泵送室内部的压力在泵送循环期间的变化依赖于许多因素，例如致动速度、入口和出口处的压力、可能存在的气泡体积、阀的特性以及它们的泄露率。

通过分析致动循环期间的压力分布(profile)来探测功能障碍。

在微泵1中的内部压力传感器4和外部压力传感器13分别由位于泵送室11和泵出口5之间和泵出口阀5和泵出口端口18之间的硅膜制成。传感器位于形成在微泵硅层9的表面及其顶层10之间的通道中。另外，该传感器包括在膜上的惠斯登电桥结构中的一组应变敏感电阻器，其利用硅的巨大的压阻效应。压力变化引起的膜的变形，并且因此电桥不再平衡。将该传感器设计成使信号与泵的典型压力范围内的压力成线性关系。该流体在与互连引线和压电电阻器的表面接触。通过使用掺杂了与引线和压电电阻器相反极性的附加表面，保证了电桥的良好的电气绝缘。

在填充期间，台面拉动膜抵靠底部机械限位器；当泵送室中的欠压达到入口阀预张力(pretension)时，出口保持关闭，而入口打开。在输液(infusion)期间，致动器推动台面，并且因此泵送膜抵靠上部机械限位器，引起打开出口阀并保持入口关闭的过压。

该装置被称为“推-拉”装置，这是因为该膜将被推动以到达上部限位器以及被拉动以到达下部限位器，它的静止位置或多或少地位于行程的中间，即在两个机械限位器的相同距离处。

在文献WO2010/046728中公开了一种用于膜式泵的周期性致动的方法，每个周期包括至少一个抽吸阶段和一个释放阶段，最终跟着静止阶段，周期结束时该泵送室的容积恢复到其原始尺寸。在图3中示出了如WO2010/046728中所描述的标准单泵致动分布。因为在功耗方面将高电压保持到压电致动器的电极上并不是最优的，该行程被分解为第一正半段行程(以下称为1/2推)、全负行程(全拉或完全填充)和最后的第二正半段推动以完成致动周期。正位移对应于从泵送室向患者的输液，而负位移对应于从贮存器对所述泵送室的填充。