一种可植入生物体内的微型流量计

技术领域

本申请涉及生物植入流量计的技术领域，尤其涉及一种可植入生物体内的微型流量计。

背景技术

在医疗监测领域，涉及到多种液体的监测工作，血液的压力和流量、植入给药系统的实时流量关系等。目前在长期药物治疗中，为了实现靶向给药、减少给药次数以及实时监测药物情况，在人体内植入微型给药系统，但是大部分的给药系统是开环控制，并不能监测药物的流动速度以及药物给出数量，这影响了靶向给药微系统的控制精度。改变原有微型给药系统设计，增加压力与流量检测模块加大了改造的难度，最理想的方式是有流量监测模块接入原有微系统进行工作。

发明内容

为了便于检测人体内药物流体的流动情况，检测药物的流动速度以及药物给出数量，本申请提供一种可植入生物体内的微型流量计。采用如下的技术方案：

一种可植入生物体内的微型流量计，包括微流道、流道/电气功能转接模组及引流夹具，所述流道/电气功能转接模组用于识别及处理微流体信号并有效输出，所述流道/电气功能转接模组包括转接板及设置在转接板端面的数字处理电路、压力传感器、数字处理器和无源器件；

所述微流道为玻璃－PDMS－玻璃的复合结构，所述微流道设置在所述转接板底面，所述微流道的流道朝向所述转接板；

所述引流夹具包括引流导向钢针、导轨座、夹持板、安装座及锁止螺栓，所述导轨座固定在安装座上，所述夹持板抵接在导轨座下端面并与安装座的端面形成夹口用于夹持固定转接板与微流道；

所述夹持板沿竖直方向具有平移自由度用于调节夹口预紧力，并用所述锁止螺栓锁止固定；所述引流导向钢针用于导入流体。

可选的，所述锁止螺栓包括调整螺丝及锁紧螺丝；所述调整螺丝用于调节上夹持板靠近或远离转接板，所述锁紧螺丝与调整螺丝配合用于锁止固定。

可选的，所述微流道内置有流道载体，所述流道载体上刻蚀或浇筑形成流道；

用于刻蚀的流道载体为玻璃载体、硅载体以及有机物载体其中之一；

用于浇筑的流道载体为PDMS载体和有机物载体其中之一。

可选的，所述浇筑的流道载体配置有流道凸模，所述流道凸模为光刻胶或树脂模或金属模。

可选的，所述转接板的端面上设置布线层，用于连接数字处理电路、压力传感器、数字处理器和无源器件并集成到微流道。

可选的，所述转接板为硅或者玻璃材料，所述转接板端面上沉积一层金属薄膜；

所述金属薄膜为Cr金属材料或Ti金属材料，所述金属薄膜通过腐蚀工艺或剥离工艺制备形式布线层。

可选的，所述金属薄膜设置为导电层，所述金属薄膜沉积厚度在80nm－150nm之间；

所述金属薄膜设置为黏附层，所述金属薄膜上沉积一层Au层导电层，所述金属薄膜沉积厚度在10nm－50nm之间，所述Au层导电层的沉积厚度在80nm－150nm之间。

可选的，所述夹口与转接板、微流道夹持之间设置有柔性垫板；所述导轨座中间嵌入有导向环。

可选的，所述微流道与转接板底面接触的玻璃层上开设若干小孔，用于引入引出流体；所述微流道中间PDMS层上设置有流道。

可选的，所述微流道中间PDMS层厚度最高设置为4mm；所述流道深度最深设置为3mm。

综上所述，本申请包括以下有益效果：

1.本申请所提供的一种可植入生物体内的微型流量计，能够植入人体内监测微小流体流动，不会对生物造成排异反应，微流道组合形式是多种的，兼容不同使用条件和工艺。

2.本申请的可植入式微型流量计可与其它植入微系统配合使用，也可以单独植入体内监测流体流动情况，引流夹具和弹性立体电极兼容所有高度的复合结构流道，并可以重复利用。

附图说明

图1是实施例的整体结构示意图；

图2是实施例的主动式制作的微流道剖面示意图；

图3是实施例的被动式制作的微流道剖面示意图；

图4是实施例的玻璃材料转接板腐蚀工艺示意图；

图5是实施例的玻璃转接板示意图；

图6是实施例的硅材料转接板腐蚀工艺示意图；

图7是实施例的硅转接板示意图；

图8是实施例中转接板的剥离工艺示意图；

图9是实施例中的微流道及转接板组合结构示意图；

图10是实施例中的流道/电气功能转接模组结构示意图；

图11是实施例中的引流夹具结构示意图。

附图标记说明：100、微流道；110、流道载体；111、流道；120、凸模；200、流道/电气功能转接模组；210、转接板；211、布线层；212、掩膜层；213、金属薄膜；214、氧化层；220、压力传感器；230、无源器件；240、数字处理器；250、立体电极；251、电极水平引出；252、电极垂直引出；260、开口；300、引流夹具；310、引流导向钢针；320、导轨座；330、导向环；340、夹持板；350、柔性垫板；360、安装座；370、调整螺丝；380、锁紧螺丝；400、结构板。

具体实施方式

以下结合附图1－11对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种可植入生物体内的微型流量计，包括微流道100、流道/电气功能转接模组200及引流夹具300。

如图1，所述微流道100结构密封通过玻璃－PDMS－玻璃的复合三明治结构完成，所述流道/电气功能转接模组200包括转接板210及设置在转接板210端面的数字处理电路、压力传感器220、数字处理器240和无源器件230。

所述微流道100设置在所述转接板210底面，所述微流道100的流道朝向所述转接板210，所述微流道100远离转接板210的一侧设置有结构板400，其无流道的结构面朝向结构板400。

在所述转接板210上使用MEMS工艺制作布线层211，数字处理电路、压力传感器220、数字处理器240和无源器件230在布线层211上通过键合和贴片工艺集成到微流道100。

所述引流夹具300包括引流导向钢针310、导轨座320、夹持板340、安装座360及锁止螺栓，所述导轨座320固定在安装座360上，所述夹持板340抵接在导轨座320下端面并与安装座360的端面形成夹口用于夹持固定转接板210与微流道100。

所述锁止螺栓包括调整螺丝370及锁紧螺丝380；所述调整螺丝370用于调节夹持板340靠近或远离转接板210，所述锁紧螺丝380与调整螺丝370配合用于锁止固定。所述夹持板340与转接板210贴合，安装座360的端面与微流道100下端的结构板400贴合，通过调整螺丝370的调节，使夹持板340与转接板210完全贴合时，再通过锁紧螺丝380固定位置，完成进出口流体的密封，防止泄露。

如图2、3，微流道100的流道制作方式分为主动式制作和被动式制作，首选需要选定流道载体110。

如图2，主动式制作是直接在流道载体110上进行刻蚀，可以直接对载体材料进行刻蚀形成流道111，用于刻蚀的流道载体110有玻璃载体、硅载体以及有机物载体，其中可以对流道载体110进行干法刻蚀的有玻璃载体、硅载体以及有机物载体，湿法刻蚀主要适用于玻璃载体和硅载体。

如图3，被动式制作是先制作微流道100的流道凸模120，然后再将液态材料浇筑在流道凸模120上，待固化后形成流道111，与主动式最大的不同点，被动式存在揭膜动作，需要额外的脱模剂或者脱模胶参与来辅助脱模，适用于被动式微流道100的制作流道载体110有PDMS和有机物，其中因为PDMS的固化温度较低，在65℃－120℃之间，所以其流道凸模120材料可以是各类型光刻胶、树脂模以及金属模等其他表面低粗糙度的材料，有机物的固化温度在120℃－180℃之间，金属模比较适用于有机物。

如图4－10，所述流道/电气功能转接模组200是集成了流体信号和电信号两种的中间转化模块。

首先，是所有元件的载体板－流道/电极转接板210的制作，转接板210的材料可以是硅或者玻璃，制作形式有两种腐蚀工艺和剥离工艺。

如图4、5，采用玻璃材料的转接板210腐蚀工艺是首先在转接板210上沉积一层金属薄膜213，沉积工艺是CVD或者是PVD，金属薄膜213是和转接板210粘附性强的金属材料，可以是Cr或者是Ti，金属薄膜213沉积完成后在其上放置图形化抗腐蚀剂的掩膜层212，之后再将转接板210样品投入到腐蚀液中腐蚀金属，金属薄膜213在掩膜层212的作用下就变成了布线层211，玻璃转接板210示意图如图5。

如图6、7，采用硅材料的转接板210的腐蚀工艺与玻璃材料腐蚀工艺不同的是，金属薄膜213沉积之前需要先沉积氧化层214以绝缘金属和硅，后再腐蚀金属薄膜213形成布线层211，硅转接板210示意图如图7。

为了防止金属层的氧化，可以再在金属薄膜213上再沉积一层的Au层作为导电层，如果只有一层金属薄膜213作为导电层，沉积厚度在80nm－150nm之间，若将金属薄膜213作为黏附层，Au层作为导电层，金属薄膜213的厚度在10nm－50nm之间，Au层厚度在80nm－150nm之间。

如图8，剥离工艺是首先在转接板210上制作掩膜层212，掩膜层212图案化后在其上沉积金属薄膜213，与腐蚀工艺一致，沉积金属的类型可以直接是Cr或者Ti，也可以是Cr/Ti上再沉积一层Au薄膜层。

如图9，通过上述的工艺所制备的微流道100及转接板210可以形成多种组合形式，兼容不同的使用条件及工艺。

若微流道100是硅载体，转接板210和结构板400可以是玻璃或者是硅，密封方式是阳极键合和硅硅键合。若微流道100是玻璃载体，转接板210和结构板400可以硅，采用阳极键合的方式密封；若微流道100是PDMS载体，转接板210和结构板400可以是玻璃，密封方式是氧原子Plasma键合；若微流道100是有机物载体，转接板210和结构板400可以是玻璃或者是硅，采用塑封的方式来密封。

如图10，所述流道/电气功能转接模组200上主要是执行了将流体信号转化为电信号的工作，采集流体压力信号的的压力传感器220，通过引线键合的方式，将电信号传递到转接板210，传递到的电信号通过布线层211可以传递到外部电路，经由立体电极250传出，也可以直接在转接板210上的数字处理器240完成，转接板210的上方有集成了压力传感器220、数字处理器240、外设电路的无源器件230，该无源器件230并不固定，根据处理信号的不同改变，可以是电容、电阻、电感等无源器件230。立体电极250沟通外部电路，其有两个方向的电极引出，分别是电极水平引出251和电极垂直引出252，转接板210上的开口260连通引流导向钢针310负责沟通各个方向的流体进出口。

如图11，引流夹具300的夹持板340沿竖直方向具有平移自由度，可沿竖直向下移动，移动距离在0－5mm。夹持板340下方以及安装座360的端面上均设置有缓冲所用力的柔性垫板350，在柔性垫板350接触到转接板210与微流道100时，进一步下降一定高度，压缩柔性垫板350，保证密封作用力的均布和结构的密封性。

本申请所提供的引流夹具300，导轨座320通过固定螺丝组安装到安装座360上，在导轨座320的中间嵌入导向环330，导向环330采用生物兼容并可以自润滑的材料制作，可选PVDF，UPE等材料。夹持板340上方布置有两根引流导向钢针310，引流导向钢针310贯穿导轨座320，夹持板340下方是柔性垫板350，引流导向钢针310的材料也是生物兼容的刚性材料，可选不锈钢和钛合金，柔性垫板350是具备变形自恢复能力的柔性材料，可选硅胶、PDMS等材料制作，引流导向钢针310在调整螺丝370的作用下带动夹持板340在导轨座320内滑动并完成锁紧和松开的动作，锁紧螺丝380进一步防松，提高结构的抗震能力。夹持板340、导轨座320以及安装座360都是采用生物兼容的材料制作，金属上可以采用不锈钢和钛合金，塑料可以采用PVDF、PEEK等材料制作。

本申请所提供的微流道100的复合结构流道是三明治结构，由玻璃－PDMS－玻璃组成，其中微流道100与转接板210底面接触的上层玻璃上激光开多个小孔，用于引入引出液体，中间PDMS层上有负责液体流动的流道，中间PDMS层的厚度可调，适应不同高度的流道，PDMS厚度最高可达4mm，流道深度最深可达3mm。

本申请所提供的压力传感器220检测到液体压力变化，通过引线传输信号到转接板210上的布线层211，将电信号通过弹性立体电极250传输到数字处理电路上。

本申请所提供的可植入式微型流量计可与其它植入微系统配合使用，也可以单独植入体内监测流体流动情况；引流夹具300和弹性立体电极250兼容所有高度的复合结构流道，并可以重复利用。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。