制造带波纹的挠曲隔膜的方法 |
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| 申请号 | CN201480036535.2 | 申请日 | 2014-06-27 | 公开(公告)号 | CN105492372A | 公开(公告)日 | 2016-04-13 |
| 申请人 | 迷你泵有限责任公司; | 发明人 | C·庞; J·什; F·蒋; C·刘; S·卡菲; A·乌拉扎基; | ||||
| 摘要 | 一种可移除的材料用对应于在膜例如挠曲隔膜中的期望波纹的图案被沉积或以其它方式被施加至平坦的基底表面。所施加的材料充当施加在其上并且随后 固化 或硬化的 聚合物 材料的座，该聚合物材料被移除以形成成品波纹膜。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种制造适于在泵中使用的波纹隔膜的方法，该方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 制造带波纹的挠曲隔膜的方法[0001] 相关申请的交叉引用 技术领域背景技术[0004] 当患者年龄较大并被诊断出具有慢性并且往往会变得虚弱的疾病时，结果将会是增加这样的需求，将蛋白质治疗的小分子药物和其它药剂放置到整个身体的当前难以到达或不方便作为给送位置的目标区域。例如，许多威胁视力的疾病，包括色素性视网膜炎、老年性黄斑变性(AMD)、糖尿病视网膜病变和青光眼，是无法治愈的并且还是难以用目前可用的疗法治疗的；口服法具有系统性副作用；局部施用可能产生疼痛并导致顺应性差；注射需要就诊，可能是疼痛的并且有感染风险的；并且持续释放的植入物通常必须在它们的供给耗尽后被移除(并且根据临床现象改变剂量的能力有限)。另一个例子是癌症，如乳腺癌或脑膜瘤，其中大剂量的剧毒化疗药物如雷帕霉素或伊立替康(CPT-11)通过静脉注射被给送至患者，导致在目标区域外的许多不期望的副作用。各种不同的其它目标位置(例如眼睛、脑、耳朵、肾脏、胰腺等)可使用与适合位置的导管或扩散膜流体连通的专门定制的药泵来送达。 [0005] 可包括可再填充的药物储器、致动机构、套管和止回阀等的可植入的药物递送系统允许受控制地将药用溶液递送至指定目标。这种方法可最小化植入所需的手术切口并避免将来的或重复的侵入性外科手术或程序。这些可植入的药物递送装置可以使用帕利灵(广泛使用的对二甲苯的聚合物)和/或其它生物相容性材料来制造，以实现具有完全生物相容性的主动装置。该泵可以被用于将例如流体、细胞、生物制剂、或无机和/或有机颗粒的悬浮液递送至人类或动物受体的体内。 [0006] 可植入的药物递送系统可以按许多不同的方式致动。例如，电解泵提供了药物递送施加的多个优点。它们的低温、低压和低功率操作使得它们非常适用于在活体内长期操作。此外，即使在加压环境(例如200MPa)下也会发生气体析出并产生氧气和氢气，所述氧气和氢气使得体积膨胀至反应中使用的电解液(例如水)的约1000倍，产生具有最小物理占地的致动力。本发明还可以应用在不可植入的药物递送系统如贴片泵中。 [0007] 许多电解式药物递送泵的关键部分是力传送媒介(柔性膜、活塞、挠曲隔膜)，其将电解腔室和药物储器分隔开。在药物递送过程中在电解腔室内产生的压力下，隔膜暂时性地朝向药物储器挠曲变形。一旦停止电解且停止产生气体，则气体在催化剂(例如铂)存在下重化合并使挠曲隔膜变形回其初始构形。为了空间效率，绕曲隔膜可设置波纹，所述波纹增加隔膜的膨胀体积而不会增加其占地。例如参见美国专利US8,285,328和US8,348,897，其整体内容在此通过引用被纳入本文。波纹的纵横比越大(即它们更高)，则泵将能够机械挠曲变形的量就越大。 [0008] 用于波纹膜的典型制造方法利用一些形式的模制。例如，聚合物制剂可沉积在图案化基底上并被固化，之后移除成品膜。特别是对于用于可植入的电解泵的小尺寸波纹膜来说，基底可以是例如通过蚀刻形成图案的硅。因此，光刻胶可以期望的波纹图案(即，一个或多个同心圆、椭圆、矩形等)被施加至平坦的硅晶片上；该晶片之后(例如通过深反应离子蚀刻，或者叫DRIE)被蚀刻，以使得在光刻胶下方的晶片区域不受影响，从而产生模具。这样的工艺可出现在高度偏差控制和高度均匀性方面的局限性，并且蚀刻工艺是昂贵的。 发明内容[0009] 本发明的多个实施方案采用了以期望的膜波纹图案被沉积或以其它方式被施加至平坦基底表面的可移除材料。(如在本文中所用，术语“施加至”、“施加的”或“施加”是指为了形成具有高度图案而在表面上的任何形式的材料布置形式，包括逐点沉积、光刻形成图案(例如光蚀刻)、丝网印刷、模版印刷、层压、宽表面涂布(例如旋转涂布)，随后选择性地移除(例如采用激光)，以及任何其它合适的施加技术)。所施加的材料充当施加在其上并且随后固化或硬化的聚合物材料的座，该聚合物材料被移除以形成成品波纹膜。换句话说，所施加的支承材料被直接用作“阳”模图案而不是作为掩模来促成下方基底表面的蚀刻。事实上，该可移除材料可以是常规的光刻胶。由于根据本发明的模具准备工艺仅需要材料施加，因此无需昂贵的深反应离子蚀刻(DRIE)步骤或者无需后续的完成传统的“阴”模所需的氧化和湿法蚀刻步骤。根据此方法的过程使得设计变化更容易并且减少了制造时间。尽管模具必须针对每个膜重新制造而传统的硅模具则可以重复使用，但本方法通常比蚀刻的硅模具更具有总成本优势和再现性益处。 [0010] 因此，在第一方面，本发明涉及一种制造适于在泵中使用的波纹隔膜的方法。在多个不同实施方案中，该方法包括将可化学移除的层施加至基底(例如硅)上的步骤，该可移除的层中具有凹凸图案；将包含可硬化的聚合物的膜形成层以液相形式涂布在形成图案的可移除的层上；以及在该可硬化的聚合物硬化之后，移除该可移除的层以脱离开该膜形成层，从而形成具有对应于所述凹凸图案的波纹的波纹隔膜。 [0011] 所述可化学移除的层可以作为均匀涂层施加在该基底上，并且该方法还可包括使该均匀施加的涂层形成图案以获得凹凸图案的步骤。该可移除的层可以是光刻胶并且所述形成图案可包括(a)使所述光刻胶以形成图案的方式暴露于光化辐射以及(b)使被暴露的光刻胶经受显影剂。例如，该光刻胶可以是正性光刻胶或负性光刻胶。 [0012] 在一些实施方案中，所述聚合物是帕利灵(parylene)。该方法还可包括在膜形成层硬化后使用掩膜通过氧等离子体蚀刻来使所述膜形成层形成图案的步骤。在一些实施方案中，该膜形成层包括多个层或由多个层构成，所述多个层包括至少一个可硬化的聚合物层和至少一个金属层。 [0013] 该移除步骤可包括使该可移除的层经受针对其的溶剂。在一些实施方案中，所述方法还包括在施加该膜形成层之前将附加的脱离层施加在该基底上。该附加的脱离层可由与所述可化学移除的层不同的材料构成。在这些实施方案中，所述脱离步骤可包括使所述附加的脱离层经受针对其的溶剂并使该可移除的层经受针对其的溶剂。该附加的脱离层可以由或不由与该可化学移除的层相同的材料构成。 [0014] 所述可化学移除的层可以通过沉积被成图案地施加。该凹凸图案可包括多个同心圆或同心椭圆或由多个同心圆或同心椭圆组成。 [0015] 在另一方面，本发明涉及一种用于给送液体的装置。在多个不同实施方案中，该装置包括壳体；在该壳体内的泵组件，其包括储器、具有电解储器和力传送媒介的电解施力机构以及用于响应于该施力机构施加的压力而将液体从储器引导至在壳体外的排出部位的套管。该力传送媒介包括面向并与电解储器的内部流体接触的再化合催化剂或基本由面向并与电解储器的内部流体接触的再化合催化剂组成。例如，该力传送媒介可以是活塞、挠曲隔膜或柔性膜。该再化合催化剂可包括铂或基本由铂组成。 [0016] 术语“基本”或“大约”是指±10％(例如按重量计或按体积计)，并且在一些实施方案中，±5％。术语“实质由…组成”是指除本文中另有限定，否则不包括其它功能性材料。但是，这样的其它材料可以以追迹的量共同地或单独地存在。附图说明 [0017] 在附图中，所有不同的视图中的同样的附图标记通常指代相同的部件。并且，附图并不一定按比例绘制，反而通常将重点放在阐明本发明的原理上。在下方说明中，参照下方附图描述了本发明的多个不同实施方案，其中： [0018] 图1示意性示出了根据本发明的制造方法的代表性实施方案。 [0019] 图2示出了在图1中示出的方法中的附加的脱离层的使用。 具体实施方式[0020] 本发明的多个实施方案采用可移除的(例如可化学移除的)材料的图案作为模具台来用于制造波纹挠曲隔膜。该隔膜可设置有不同的波纹深度和长度以适应给定电解腔室的挠曲需求。 [0021] 图1示出了代表性制造工艺流程，其包括以下步骤： [0022] 步骤1.通过打磨表面或以其它方式确保其平滑来准备干净的基底100(例如硅晶片或具有平坦表面的其它固体材料)。 [0023] 步骤2.将可移除的材料施加在该基底的顶部并使该材料形成图案以产生将充当阳模台110的凹凸图案。例如，该材料可以按期望的图案形式直接施加(例如通过逐点沉积)，或者可以被施加至整个表面并被选择性地移除。 [0024] 步骤3.在阳模台的顶部涂布聚合物(例如帕利灵)或含聚合物层并固化该聚合物或允许其硬化。聚合物层的厚度可以等于或大于5μm并且小于或等于25μm。在一些实施方案中，采用复合材料层而不是单一聚合物；例如，可顺次地向该座上涂布一系列层(例如帕利灵-金属-帕利灵，其中，金属例如铂)。该含聚合物层的总厚度可以等于或大于4μm并小于或等于30μm。该复合材料层的每个聚合物层可具有等于或大于2μm并且小于或等于15μm的厚度。该复合材料层的金属层可具有等于或大于0.05μm并且小于或等于0.5μm的厚度。该含聚合物层还可包括一组或多组帕利灵-金属层。该帕利灵层与药物储器交界(即存在朝向药物储器的表面)。帕利灵层或金属层可与该电解储器交界。在其中金属层与电解储器交界的多个实施方案中，金属(即铂)可充当再化合催化剂并使该电解气体生成反应逆转。再化合率可通过控制暴露在面向电解储器的膜表面上的再化合催化剂的量来改变。 [0025] 步骤4.利用掩膜通过氧等离子体蚀刻来在该聚合物层形成图案。每个隔膜的外轮廓被形成并可包括用于在后续加工步骤中操纵该隔膜的一个或多个凸片。这些凸片之后通过机械或激光切割被移除，以形成待整合至最终产品(即药泵)中的隔膜轮廓。此外，这种步骤将一个或多个隔膜与在单个硅晶片上形成的相邻隔膜分离来。 [0026] 步骤5.将已涂布的基底浸渍在针对该可移除的材料的溶剂中并脱离出成品聚合物膜130。 [0027] 可在步骤2中应用任何合适的施加方法，例如逐点沉积(例如使用喷墨设备)、光刻图案化(例如光蚀刻)、丝网印刷、模版印刷、层压、宽表面涂布(例如旋转涂布、绕线棒涂布等)之后选择性地移除(例如利用激光或刀片)。可能需要多个涂层来实现足够的厚度，例如100μm。 [0028] 在步骤3中，若果必要的话，固化可以按适合于所施加的聚合物的任何方式实现，例如暴露于光化辐射或简单干燥。一些聚合物如帕利灵没有固化周期。 [0029] 类似地，在步骤5中，溶剂是基于所施加的材料选择的。例如，在光刻胶的情况下，该溶剂可以是异丙醇、光刻胶显影剂等。常用的光刻胶组合物包括Hoechst AZ 4620、Hoechst AZ 4562、Shipley 1400-17、Shipley 1400-27、Shipley 1400-37以及Shipley Microposit显影剂。 [0030] 如在图2中示出地，可在基底100上沉积附加的脱离层140，以缩短在步骤5中的浸渍和释放时间。这种脱离层140可以是与可移除的材料110相同的材料或者不同的材料。例如，在光刻胶层110的情况下，该附加层140可以是与光刻胶相同的类型或不同的类型，并且该层140可以是难烘烤的(即在较高温度下烘烤或较长时间地烘烤)以防止被层110渗透。 [0031] 替代地，层140可以是如上所述地根据步骤2沉积的可移除的层110的一部分。在这种情况下，该附加的脱离层140可以按两种方式中的任一种方式形成。一种方式是简单地顺次施加相同材料的独立层，第一层构成该附加的脱离层140并且该第二层接收模具凹凸图案。另一种方式是使用单一层110并以仅影响层厚度的上部以形成图案的方式使其形成图案。例如，如果层110是光刻胶，则其可以使用正性光蚀刻来形成图案，所述正性光蚀刻涉及以形成图案的方式暴露于光化(例如紫外线)辐射，之后经受移除光刻胶的被暴露区域的化学显影剂。(在负性光蚀刻中，未暴露的区域被移除)。在这种情况下，暴露在这样的能量密度水平下发生，即在仅影响层厚度的顶部而留下几乎未受损的底部，该底部将构成该附加的脱离层；相同的效果可通过暴露在较高的能量密度下但缩短显影时间来实现。例如，如果100μm的模具高度是形成波纹的必要条件，则光刻胶层可被施加120μm的厚度，在波纹结构的底部留下20μm来充当第二脱离层。 [0032] 在另一替代方式中，该附加的脱离层是不同于光刻胶的材料。例如，该附加脱离层可以是SiO2或金属(例如铝、铬、铜、金等)。SiO2层可以采用热氧化或化学气相沉积法来施加。金属层可通过溅射、热蒸发或电子束蒸发法来沉积。该金属也可以例如利用粘合剂如环氧树脂来以片的形式施加至该基底。 [0033] 如果该附加的脱离层140是与叠加的层110不同的材料，则其可能需要不同的溶剂来移除。例如，如果该附加的脱离层140是SiO2，则可首先使用氢氟酸(HF)来移除SiO2层140，之后使用化学显影剂来移除例如光刻胶层110。如果该层是金属，例如铝，则使用合适的蚀刻剂来蚀刻掉铝层。聚合物如帕利灵不受这些溶剂和蚀刻剂的影响。 [0034] 在移除附加的脱离层140之后，叠加结构从基底100上抬离并在化学显影剂的作用下移除该层110。这将会因为暴露的下表面而迅速发生。 [0035] 上文已经描述了本发明的某些实施方案。但应特别注意的是，本发明并不限于那些实施方案，相反地本发明是这样的，即本文中明确描述的附加和变形也包含在本发明的范围内。此外，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文描述的多个不同实施方案的特征并不是相互排斥的并且能够以各种不同的组合和排列的形式存在，即使这些组合或排列并未在本文中明确表达。事实上，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员将想到本文所述内容的变化、变型和其它实施。如此，本发明并不仅限于前面的示例性说明。 |
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