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具有 微 流体系统的眼科镜片

阅读：1027发布：2020-07-23

专利汇可以提供具有微流体系统的眼科镜片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于具有介质插入物的通电眼科装置的系统，该介质插入物在介质插入物上或其内包括微流体元件。在一些实施例中，该微流体元件可用于分析分析物的目的，诸如流体样品中的葡萄糖。此外，一些实施例能够充当药物施用装置，以在分析所述流体样品中的所述分析物期间处理所识别的异常状况。，下面是具有微流体系统的眼科镜片专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于眼科装置的眼内液分析系统，包括：
通电眼科装置，所述通电眼科装置包括形成所述眼科装置的一部分的能量源，其中所述通电眼科装置在被放置成与用户的眼睛的眼内液接触时适于佩戴；
与所述能量源电连通的微流体分析系统，其中所述微流体分析系统被可操作地配置成能够测量眼内液样品的一种或多种特性；
形成所述眼科装置的一部分的处理器，所述处理器能够执行包括所述眼内液特性中的一种或多种的预编程的阈值的程序；并且
其中所述程序被配置成在所接收的测量结果位于所述对应的预编程的阈值之外时输出信号。
2.根据权利要求1所述的眼内液分析系统，其中：
所述输出信号能够使基于所述输出信号的能够施用药物的药物施用装置启动。
3.根据权利要求1所述的眼内液分析系统，还包括：
人造孔，所述人造孔控制通向微流体泵部件的流体路径。
4.根据权利要求3所述的眼内液分析系统，其中：
所述微流体泵部件为压电泵。
5.根据权利要求3所述的眼内液分析系统，其中：
所述微流体泵部件包括能够取代所述眼内液样品的热压材料。
6.根据权利要求3所述的眼内液分析系统，其中：
所述微流体泵部件使用电介质上电润湿原理工作。
7.根据权利要求3所述的眼内液分析系统，其中：
所述微流体泵部件使用电泳原理工作。
8.根据权利要求1所述的眼内液分析系统，其中：
所述微流体分析系统在微芯片大小的晶片上的交互式环境中工作，以对眼内液样品执行生化分析。
9.根据权利要求1所述的眼内液分析系统，其中：
所述通电眼科装置为水凝胶接触镜片。
10.根据权利要求1所述的眼内液分析系统，其中：
所述通电眼科装置为眼内透镜。
11.根据权利要求1所述的眼内液分析系统，其中：
所述通电眼科装置为泪点塞。
12.根据权利要求1所述的眼内液分析系统，其中：
所述预编程的阈值为眼内液样品中正常的葡萄糖浓度水平。
13.根据权利要求12所述的眼内液分析系统，其中：
所述眼内液样品为泪液样品。
14.根据权利要求12所述的眼内液分析系统，其中：
所述眼内液样品为眼间质液样品。
15.一种治疗葡萄糖水平异常的方法，包括：
对葡萄糖生物标记正常浓度水平的阈值编程；
将眼科装置放置成与眼睛的眼部前表面接触；
使用所述眼科装置的微流体元件获取眼内液样品；
使用所述眼科装置的一个或多个传感器部件测量所述眼内液的一种或多种特性；
处理所述眼内液的所述一种或多种特性的测量结果，以确定葡萄糖生物标记的浓度是否在预编程的阈值内；以及
根据所述测量结果将信号输出到药物分配装置。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
确定与一天的某个时间对应的葡萄糖浓度的变化的模式。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在所述水平位于预编程的阈值之外时，警示用户异常的葡萄糖水平。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：
应用一种算法，以补偿所测量的特性的所述变化与引起所述变化的病症的时间延迟。
19.一种治疗葡萄糖水平异常的方法，包括：
对葡萄糖生物标记正常浓度水平的阈值编程；
将眼科装置放置成与眼睛的眼部前表面接触；
使用所述眼科装置的微流体元件获取眼内液样品；
使用所述眼科装置的一个或多个传感器部件测量所述眼内液的一种或多种特性；
应用一种算法，以补偿所测量的特性的所述变化与引起所述异常水平的病症的时间延迟；
处理所述眼内液的所述一种或多种特性的所述测量结果，以确定葡萄糖生物标记的浓度是否在预编程的阈值内；以及
识别引起葡萄糖水平的所述变化的病症。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
存储所测量的特性，所述特性待被包括作为用户的病历的一部分。

说明书全文

具有微 流体系统的眼科镜片

技术领域

[0001] 本发明描述了用于具有微流体部件的眼科装置的方法和系统，更具体地，该微流体部件能够执行眼内液分析。

背景技术

[0002] 传统上，诸如接触镜片、眼内透镜或泪点塞的眼科装置包括具有矫正、美容或治疗性质的生物相容性装置。例如，接触镜片可提供以下功能中的一种或多种：视力矫正功能、美容增强功能和治疗功能。每种功能由接触镜片的物理特性提供。将折射性质结合到镜片中的设计可提供视力矫正功能。结合到镜片中的颜料可提供美容增强功能。结合到镜片中的活性剂可提供治疗功能。无需使镜片处于通电状态就可实现这些物理功能。眼科装置传统上为无源装置。

[0003] 近来描述了基于通电眼科插入物的新型眼科装置。这些装置可利用通电功能来向有源光学部件供电。例如，可佩戴镜片可结合镜片组件，该镜片组件具有电子可调节焦点，以增强或提高眼睛的性能。

[0004] 此外，随着电子装置持续小型化，研制出用于多种用途的可佩戴或嵌入式微电子装置的可能性与日俱增。例如，在一个不相关领域中，包括微流体区域的部件针对多种用途已成为有用工具。在这些用途中，执行对流体样品中的分析物的分析的功能也为可能的。

[0005] 眼内液样品的测试已证实，眼内液含有各种化学成分，这些化学成分可用于识别其中的生物标记。然而，眼内液的取样和测试需要对患者的粗糙过程和复杂设备。因此，期望一种可结合微流体元件的眼科装置来以对用户无害的便捷且有效的方式执行眼内液分析过程。

发明内容

[0006] 因此，通过本公开的方法和系统在很大程度上满足了前述需求。根据一些实施例，眼科装置可包括具有微流体分析系统的介质插入物，该微流体分析系统可使得能够控制小体积流体样品。

[0007] 根据本公开的一些方面，用于眼科装置的眼内液分析系统可包括能够向眼科装置供电的能量源。通电眼科装置在被放置成与用户眼睛的眼内液接触时可适于佩戴，并且包括与能量源电连通的微流体分析系统。另外，微流体分析系统可被配置成使用能够执行程序的处理器操作性地测量眼内液样品的一种或多种特性。该程序可包括针对一种或多种眼内液特性预编程的阈值，并且在所接收的测量值位于相应预编程阈值之外时输出信号。

[0008] 根据本公开的附加方面，公开了一种治疗葡萄糖水平异常的方法。该方法可包括：编程葡萄糖生物标记正常浓度水平的阈值；将眼科装置放置成与眼睛的前眼表面接触；使用眼科装置的微流体元件获取眼内液样品；使用眼科装置的一个或多个传感器部件测量眼内液的一种或多种特性；处理眼内液的一种或多种特性的测量值，以确定葡萄糖生物标记的浓度是否在预编程阈值内，并且基于测量值将信号输出到药物分配装置。在一些实施例中，该方法可包括使用一种算法，这种算法能够补偿测量特性的变化相对于造成这种异常水平的病症的时间延迟。
附图说明

[0009] 图1A示出了通电眼科装置的示例性介质插入物100的顶视图。

[0010] 图1B示出了示例性通电眼科装置150的等轴视图，具有两个局部横截面。

[0011] 图2A示出了示例性多件式环形插入物200的顶视图。

[0012] 图2B示出了图2A的示例性多件式环形插入物200的第一幅放大的局部横截面图290。

[0013] 图2C示出了图2A的示例性多件式环形插入物200的第二幅放大的局部横截面图290。

[0014] 图3示出了眼科装置的示例性微流体分析系统300的顶视图。

[0015] 图4示出图3的微流体分析系统300的放大顶视图局部部分，具有示例性泵送机构400以及取样区域和控制部件。

[0016] 图5示出了示例性微流体分析系统500的顶视图局部部分，其中流体样品正流过微流体分析部件。

[0017] 图6示出了具有废液储存元件630的示例性微流体分析系统部件600的顶视图的一部分。

[0018] 图7示出了使用芯片实验室部件的微流体分析系统的示例性泵送机构700的顶视图的一部分。

[0019] 图8示出了可用于实施本公开的方面的示例性泵送系统800的原理设计图。

[0020] 图9示出了通电眼科装置的能将流体样品接收到微流体分析系统中的示例性人造孔900的原理设计图。

[0021] 图10示出了用于实现结合在眼科装置内的微流体元件的叠芯集成部件的示例性横截面示意图。

[0022] 图11示出了可用于实现本公开的一些方面的处理器的示意图。

[0023] 图12示出了根据本公开的一些方面可用于监测佩戴眼科镜片的用户的葡萄糖水平的示例性方法步骤。

[0024] 图13示出了根据本公开的一些方面可用于治疗佩戴眼科镜片的用户的葡萄糖水平的示例性方法步骤。

具体实施方式

[0025] 本发明涉及一种眼科装置，该眼科装置具有微流体元件以及在接触眼部表面时可用于执行眼内液分析的系统。以下部分将详细说明本发明的实施例。文中描述的优选实施例和另选实施例均为示例性实施例，并且应当理解，这些实施例的变型、修改和更改对于本领域的技术人员来说可为显而易见的。因此，应当理解，所述示例性实施例不限制以下发明的范围。。

[0026] 术语

[0027] 在涉及本发明的本具体实施方式和权利要求书中，所使用的各术语定义如下：

[0028] 电介质上电润湿或EWOD：如本文所用，是指出现不混溶的流体或液体且表面区域具有限定的表面自由能和电势场的综合状态的一类装置或一类装置的一部分。通常，电势场将改变表面区域的表面自由能，这可改变不混溶流体与表面区域的相互作用。

[0029] 通电的：如本文所用，是指能够供应电流或能够在其内储存电能的状态。

[0030] 能量：如本文所用，是指使物理系统做功的能力。本发明范围内的多种用途可与所述能够通过电作用做功的能力相关。

[0031] 能量源：如本文所用，是指能够供应能量或使逻辑装置或电装置处于通电状态的装置或层。

[0032] 能量采集器：如本文所用，是指能够从环境中提取能量并将所提取的能量转换成电能的装置。

[0033] 功能化的：如本文所用，是指使层或装置能够执行包括例如通电、启动或控制的功能。

[0034] 漏电：如本文所用，是指发生不希望的能量损耗。

[0035] 镜片或眼科装置：如本文所用，是指驻留在眼睛内或眼睛上的任何装置。这些装置可提供光学矫正功能，可具有美容功能，或可提供与眼睛无关的功能。例如，术语“镜片”可指用于矫正或改进视力，或提升眼睛生理美观效果(例如美化虹膜颜色)而不影响视力的接触镜片、眼内透镜、覆盖镜片、眼部插入物、光学插入物或其他类似的装置。另选地，镜片可提供非光学功能，例如监测葡萄糖或施用药物。在一些实施例中，本发明的优选镜片是由有机硅弹性体或水凝胶制成的软性接触镜片，其中水凝胶包括例如有机硅水凝胶和含氟水凝胶。

[0036] 锂离子电池：如本文所用，是指其中锂离子移动穿过电池以产生电能的电化学电池。该电化学电池(通常称为蓄电池)可以其典型的方式再通电或再充电。

[0037] 介质插入物：如本文所用，是指将被包括在通电眼科装置中的封装插入物。可将通电元件和电路并入介质插入物。介质插入物限定通电眼科装置的主要用途。例如，在通电眼科装置允许用户调整光功率的实施例中，介质插入物可包括控制光学区中的液体弯月面部分的通电元件。另选地，介质插入物可以是环形的，使得光学区不含任何材料。在此类实施例中，镜片的通电功能可能不为光学性质，但可能为例如监测葡萄糖或施用药物。

[0038] 微流体分析系统：如本文所用，可指包括可从其收集流体样品的一个或多个孔以用于表征流体样品的一种或多种特性的低能耗系统，在一些实施例中，流体样品移动穿过通道或扩散。在一些实施例中，微流体分析系统可包括有源微流体部件，诸如微型泵和微型阀。另选地或除此之外，在一些实施例中，可例如使用电润湿技术和/或电泳技术来控制液滴。

[0039] 操作模式：如本文所用，是指其中整个电路上的电流允许装置执行其主要通电功能的高电流汲取状态。

[0040] 光学区：如本文所用，是指眼科镜片的佩戴者透过其进行观看的眼科镜片区域。

[0041] 功率：如本文所用，是指每单位时间内做的功或传递的能量。

[0042] “可再充电”或“可再通电”：如本文所用，是指恢复到具有更大做功本领的状态的能力。本发明范围内的多种用途可涉及能够在特定的恢复周期内使电流以一定速率流动的恢复能力。

[0043] 再通电或再充电：如本文所用，是指恢复到具有更大做功本领的状态。本发明范围内的多种用途可涉及使装置在特定的恢复周期内恢复到能使电流以一定速率流动。

[0044] 基准电路：如本文所用，是指产生适用于其他电路的固定且稳定的理想电压或电流输出的电路。基准电路可源于能带隙，可补偿温度、供给和工艺变化，并且可针对特定专用集成电路(ASIC)专门定制。

[0045] 复位功能：如本文所用，是指用来将电路设定到特定预定状态(包括例如逻辑状态或通电状态)的自触发算法机制。复位功能可包括例如加电复位电路，其可与开关机构配合工作，以确保芯片在初始连接至功率源和从存储模式唤醒时正确启动。

[0046] 休眠模式或待机模式：如本文所用，是指在断开开关机构之后通电装置的低电流汲取状态，该状态能够在不需要操作模式时节省能量。

[0047] 堆叠的：如本文所用，是指将至少两个部件层紧邻彼此放置，使得其中一层的一个表面的至少一部分与第二层的第一表面接触。在一些实施例中，不论是用于粘附还是用于其它功能的膜可驻留在通过该膜彼此接触的两个层之间。

[0048] 堆叠的集成部件装置或SIC装置：如本文所用，是指封装工艺的产品，该工艺可通过将每个层的至少一部分彼此堆叠来将薄基底层组装成可操作的集成装置，所述基底可包括电装置和机电装置。这些层可包括各种类型、材料、形状和尺寸的部件装置。此外，这些层可由各种装置生产技术制成，以匹配并呈现各种轮廓。

[0049] 存储模式：如本文所用，是指包括多个电子部件的系统的一种状态，在该状态下，功率源正在供应或需要供应最小的设计负载电流。该术语不可与待机模式互换使用。

[0050] 基底插入物：如本文所用，是指能够支撑眼科镜片内的能量源的可成形基底或刚性基底。在一些实施例中，基底插入物还支撑一个或多个部件。

[0051] 开关机构：如本文所用，是指与提供多种电阻水平的电路集成在一起的可响应于独立于眼科装置的外部激励的部件。

[0052] 通电眼科装置

[0053] 现在参见图1A，其描绘了用于通电眼科装置的示例性介质插入物100的顶视图。介质插入物100可包括光学区120，该光学区可具有或可不具有提供视力矫正的功能。如果眼科装置的通电功能与矫正视力无关，介质插入物100的光学区120可不含任何材料。在一些实施例中，介质插入物100可包括不在光学区120中的部分，该部分包括与通电元件110和电子部件105结合的基底115。

[0054] 在一些实施例中，功率源110(可例如为蓄电池)和负载105(可例如为半导体芯片)可附接到基底115。导电迹线125和130可使电子部件105和通电元件110电互连。在一些实施例中，介质插入物100可被完全封装，以保护和容纳通电元件110、迹线125和
130以及电子部件105。在一些实施例中，封装材料可为半渗透性的，例如以防止特定物质诸如水进入介质插入物100，并允许特定物质诸如环境气体、流体样品和/或通电元件110内的反应副产物渗透和/或逸出介质插入物100。

[0055] 现在参见图1B，描绘了示例性通电眼科装置150的等轴视图，具有两个局部横截面。在一些实施例中，介质插入物100可被包括在眼科装置150中，该眼科装置可含聚合物型生物相容性材料。眼科装置150可包括刚性中心、软质裙边设计，在该设计中，中心刚性光学元件包括介质插入物100。在一些特定的实施例中，介质插入物100可与大气环境直接接触，并且相应前表面和后表面上的角膜表面或介质插入物100可封装在眼科装置150中。眼科装置150的周边155可为软质裙边材料，包括例如水凝胶材料。介质插入物100和眼科装置150的基础结构可提供根据本发明的方面在接触眼部表面时执行眼内液分析的环境。
眼内液样品可包括以下中的任一种或组合：泪液、流体、水状液、玻璃状液，和眼中的其他间隙液。

[0056] 现在参见图2A，描绘了示例性多件式环形插入物200的顶视图。如所描绘的，示例性多件式环形插入物200可以是围绕不含材料的中心光学区的材料环。此外，环形插入物200可由外延220和内部环带边缘230限定。外延220和内部环带边缘230之间可包括通电元件240、各种类型的互连特征结构245和/或电子电路元件250。

[0057] 现在参见图2B，描绘了图2A的示例性多件式环形插入物200的第一放大的局部横截面图290。横截面图290显示出，环形插入物200为前插入件291和后插入件292的组合。如图所描绘，在一些实施例中，前插入件291和后插入件292可接合并密封在一起。在不同实施例中，可用其他结构特征和装置来将两个插入件接合在一起。还在封装位置示出了连接到互连元件的集成电路元件293。

[0058] 现在参见图2C，描绘了图2A的示例性多件式环形插入物200的第二放大的局部横截面图290。具体地，在其他部分/实施例中，可存在不同类型的结构，如横截面295所绘。如图所示，可观察到，环形插入物200中可形成有间隙或孔296，以使插入物200内部的某些部分对外部环境开放。可存在可连接至该开口的多个部件298，并且所述部件可自身封装在环形插入物200内。因此，这种使位于环形插入物200内的一个或多个部件298与其外部环境中的流体和/或气体可控地相互作用的能力在一些实施例中可使得微流体元件能够并入眼科装置内。

[0059] 用于分析物分析的微流体元件

[0060] 现在参见图3，以眼科介质插入物为基础描绘了眼科装置的示例性微流体分析系统300的顶视图。在一些实施例中，除通电元件320、控制电路310和互连特征结构340之外，介质插入物还可包括具有废液保持部件335的微流体分析系统300。微流体分析系统300可能够根据分析物/生物标记在流体样品中是否存在或其浓度来确定分析物/生物标记。

[0061] 现在参见图4，描绘了图3的微流体分析系统300的放大顶视图的局部部分，具有示例性泵送机构400以及取样区域和控制部件。如图所示，在一些实施例中，控制电路440可通过一个或多个互连器420电连接到微流体分析系统的部件。还可包括孔(未示出)的控制元件450，并且该控制元件用于将微流体分析系统300连接到插入物外部的流体(未示出)。具有不同设计的孔的示例性方面可见于下面的部分中；然而，孔可允许流体样品从插入物外部环境流到泵送元件460。

[0062] 在一些实施例中，泵送元件460可具有能够接合泵460的启动部件或驱动部件430。在一个实例中，泵送元件460可包括柔性且可塌缩膜，可通过向该膜上施压压力来启用该膜。存在多种向膜上施压压力的方式。例如，流体可填充腔431，并且流过将腔431连接到泵送元件460的管435。因此，腔431可包括允许向容纳在其中的流体施加压力的特征结构。例如，可使用压电部件在施加电压时扩大体积，从而向所容纳的流体加压。在其他实施例中，热压材料可响应于由向加热元件施加电能控制的温度变化。在另一个实施例中，电介质上电润湿(EWOD)部件可向腔431表面施加电势时，可借助改变此表面的润湿特性向流体施压。还可存在其他驱动泵机构的装置，所述装置也可直接接合在泵送元件460本身处。
另外的多样性可得自EWOD部件的使用，以影响流体自身的流动而不是使用机械泵送装置。

[0063] 泵送元件460可迫使流体流过通道470，并且随后流进微流体分析系统400的分析室405中。此类分析室405中部件的进一步细节将在下面的部分中介绍，简而言之，流体可流过分析室405并且对可为部件中的一部分的一个或多个电极410产生影响。

[0064] 现在参见图5，示出了示例性微流体分析系统500的顶视图的局部部分，其中流体样品正流过微流体分析部件。由于分析系统为环形，所以可观察到这些部件以曲线方式部署，但该曲线系统可能有大量细节变化，例如电极和分析室横截面的确切形状可能不同。然而在其他实施例中，可形成直线形分析系统，该系统的尺寸使其适配在眼部环境中。而且，在另外的实施例中，不论分析室系统的性质，分析室安置在其上的整个基底可为弯曲的，从而使该基底能够安置在眼睛的近似球面的表面上。分析室的三维性质的细节可被纳入与系统性能相关的模型中。然而，尽管出于举例说明目的，本说明书声明存在这些细微差别，但将通过将直线形微流体分析系统500的特征结构作弧形来示出示例性实施例。

[0065] 在微流体分析系统500的部分中示出了用于接收和传送流体样品的微型通道550。这些流体样品可例如由前文讨论的泵送系统(例如图4中的460)从外部位置泵入。
例如，流体样品可从包括微流体分析系统500的接触镜片周围的眼内液取样。分析物传感器570可例如沿微型通道设置。该分析物传感器570可能够执行以下中的一个或多个：电化学分析步骤、光度分析步骤或针对流体样品的其他分析步骤。在示例性实施例中，分析步骤可涉及使用一个或多个部件基于荧光传感器类型对葡萄糖浓度的光度检测。又如，传感器可通过葡糖氧化酶与分析物传感器570中的部分和流体样品的相互作用来检测反应产物的存在。可存在将感测元件570连接到控制电子器件的多个电互连器520。

[0066] 流体可从泵通道540流入微型通道550中。在流体流入微型通道中时，可取代特定区域中的其他流体，或者在首次使用时，流体可取代通道中的环境气体。

[0067] 流体在流动时，可被包括电极560和561的前置传感器微型通道部分以及包括电极562和563的后置传感器部分感测到。在一些实施例中，可使用电极诸如560和561之间的阻抗的测量来感测材料的流动。在其他实施例中，一连串电极562和563的电阻可因如下因素而改变：微型通道550内存在流体，或微型通道550中两种特性不同的流体之间存在前沿。流体580可从微型通道的空区域590流动穿过微型通道以被取样。作为另一种选择，在590处的微型通道部分可表示不同的流体溶液，这些溶液可例如具有不同的电解质浓度，因此其传导性可能与典型泪液的不同。

[0068] 一般来讲，在本发明的实施例中，测量位置电极560至563之间的阻抗或欧姆电阻可通过在位置电极560至563之间施加电压并测量所产生的电流来实现。可在位置电极560至563之间施加恒定电压或交流电压，并且分别测量所产生的直流电(DC)或交流电(AC)。然后可使用所产生的DC或AC电流来计算阻抗或欧姆电阻。此外，本领域的技术人员将认识到，测量阻抗可能涉及既测量欧姆电压降(即，以欧姆为单位的电阻[R]；或电压/电流)，又测量电容(即，以法拉或库仑/伏特为单位的电容)。在实践中，可例如向位置电极560至56施加交流电并测量所产生的电流，由此测量阻抗。使用不同的交流电频率时，确定阻抗测量值以电阻效应或电容效应为准。若交流电频率较低，纯电阻分量可能发挥主导作用；
若交流电频率较高，纯电容分量可能发挥主导作用。为了区分电阻分量和电容分量，可确定施加的交流电和所测得的所产生的电流之间的相位差。如果相移为零，那么纯电阻分量发挥主导作用。如果相移指示电流滞后于电压，那么电容分量的比重大得多。因此，根据所施加交流电的频率和位置电极配置，可能有利的是测量电阻，或测量电阻与电容的组合。

[0069] 重新参见图5中的具体实例，测量阻抗可通过例如向第一位置电极530和最终位置电极接头510之间施加交流电压并测量所产生的交流电来进行。由于包括电极560、561、562和563在内的一连串电极(连同微型通道550内位于后续位置电极和可将多个位置电极与微型通道550中的流体隔开以免直接接触的任何层之间的任何物质(例如空气或液体样品))可为电容器的一部分，所以可使用测得的电流来计算阻抗。电极间的微型通道550，
590内是否存在液体样品会影响所测得的电流和阻抗。可预先确定在第一位置电极560至第二位置电极563之间施加的交流电压的频率和振幅，使得，如果测量到电流显著增大，就可检测出第一位置电极560至第二位置电极563之间存在液体样品。

[0070] 就测量阻抗或电阻来说，如果样品为眼科泪液，并且多个位置电极为碳基油墨或银基油墨电极，那么所施加的电压幅值可例如在约10mV至约2V的范围内。所施加电压范围的下限取决于在该电压下，液体样品由于电解作用开始分解；电压范围的上限取决于在该电压下，液体样品由于电化学作用开始分解。在采用交流电压的情况下，所施加的交流电压可例如为这样一种频率：尽管液体样品在该频率的电压下会发生一种或多种电化学反应，但这些反应导致液体样品特性出现的净变化可忽略不计。这种频率的范围可为例如约10Hz至约100kHz，且电压波形以0V对称(即，交流电压的均方根值为约零)。

[0071] 如图所描绘，分析物传感器570和位置电极560至563可分别与微型通道550可操作地通信。应该指出，本发明实施例中使用的位置电极560至563可由本领域技术人员已知的任何适宜的导电材料形成，包括通常用作分析电极材料的导电材料，尤其是已知的适用于柔性电路、光刻制造技术、丝网印刷技术和柔性版印刷技术的那些导电材料。适宜的导电材料包括例如碳、贵金属(例如金、铂、钯)、贵金属合金、形成导电电势的金属氧化物和金属盐。多个位置电极可例如由导电银油墨制成，如市售的导电银油墨电极418SS。

[0072] 现在参见图6，描绘了具有废液存放元件630的示例性微流体分析系统部件600的顶视图的一部分。在示例性实施例中，用来测量流体在系统中的流速的电极610可为多个其他电极(图6中未示出)的端电极。流体可流动通过微型通道620，并继续流入流体保持容器630中。如果要分析体积更大的流体才能得出结论，那么，将流体存放在流体保持容器中可能是不错的选择。在一些实施例中，孔640可包括孔控制元件645，用于将流体保持容器630(也可用作废液存放元件630)连接到位于插入物之外的区域。此外，在一些实施例中，孔控制元件645连接件可以在微流体部件充满流体时，用于平衡气体压力。在其他实施例中，孔640和孔控制元件645可用于从眼科装置排出流体。孔640还可用于将微流体分析系统的一端连接到眼部环境中该孔之外的区域，这样，便可以在不取出眼科装置的情况下实现连续监测。在其他实施例中，孔640和孔控制元件645可用于在存放位置(例如流体保持容器630)处控制流经微流体分析系统的流动。举例来说，微流体分析系统在存放流体时，可通过溶液穿过系统的流动清洗或更新该系统，并且在一些实施例中使其经受校准。对这些功能的控制可由镜片内的集成电路部件来进行，这些部件也可与外部控制系统通信。

[0073] 具有芯片实验室部件的通电眼科装置

[0074] 现在参见图7，描绘了使用芯片实验室部件710的微流体分析系统选用的示例性泵送机构700的顶视图的一部分。芯片实验室部件710可能与上文已讨论过的微流体分析系统实施例有多种相同之处。然而，在一些实施例中，小液滴可类似地不依靠泵760的作用在芯片实验室710内来回移动，但这种移动受具有EWOD部件的小液滴控制。液滴可能结合到芯片实验室部件710的元件中，以进行化学处理。可执行多种分析技术。例如，在一些实施例中可执行以葡萄糖为分析物的分析。该分析涉及的技术可包括例如上文描述的电化学或光度分析技术，或其他可能涉及混合一开始可存放在芯片实验室部件710内的多种化学物质的技术。

[0075] 像通电元件(未示出)、互连线740和上文描述的密封件之类的各种部件可能出现在本发明实例的环形介质插入件中。另外，可实现能够控制包括芯片实验室部件710在内的各种部件的电子电路720。孔750和孔控制系统755可控制从眼科装置环境对流体样品取样的过程。泵致动器730可启动泵760，其中泵760可能为机械泵，如以膜为基础的泵。可将流体样品的液滴泵入微型通道715中，使用电极(如本发明所述的电极716)计量样品的体积和流速。可通过通道711将液滴送至芯片实验室部件710，在那里进一步处理液滴。
芯片实验室部件710可利用泵对样品的泵送来控制其自身内的样品流量，或者在其他实施例中，能够靠自身控制系统送至部件710的样品流量。

[0076] 在另外的实施例中，芯片实验室部件710可能无需外部泵送系统就可感测其环境中的流体。然而，仍可使用孔(如孔750)来控制外部流体进入芯片实验室部件环境的流量。然后，芯片实验室部件710可依靠自身对引入的样品取样，例如通过将可吸引流体样品并使其移动的电介质或电泳特征结构电润湿，由此控制取样。

[0077] 芯片实验室部件710可具有与本说明书相符的设计，包括例如极薄的芯片实验室柔性部件，采用这种设计的部件可变形为与眼部表面的三维形状相符的形状。在一些实施例中，芯片实验室部件710的形状和厚度可使该部件能够以平面形式包含在眼科插入物装置内。

[0078] 用于微流体部件的通电泵送系统

[0079] 现在参见图8，描绘了可用于实现本发明各方面的示例性泵送系统800的原理设计图。如前所述，在一些实施例中，在眼科装置内外，以及位于眼科装置内的多种部件中提供泵送流体样品的装置是有用的。在本发明实例中，泵送系统800可具有流体样品入口，其具有流动控制系统880。一旦流动控制系统880允许流体流入，流体便可继续流过通道870。膜部件820可被包括在内使得一旦该膜部件820在施加于其上的力作用下偏移，便会压缩气体和/或液体流体，并将这些流体泵送出去。在一些实施例中，膜部件820可位于系统中止回阀850和860之间的流体路径840上，泵送系统800设置止回阀850和860可能是为了确保流体以优选的方向流动。在其他实施例中，流动区域的设计和几何形状可能会影响优选的流动状态。例如，当流体被压缩在流动路径区域840(其为流动路径区域870的延伸区域)中时，液体样品可能会流向微流体分析系统的其他区域。

[0080] 施加在膜部件820的表面上的力可引发泵送系统800启动。这种力可(例如)由能够导致膜部件820偏移的有源部件810施加。在一些实施例中，流体可能具备提供偏移力的能力。利用液压原理可例如使体积较大的流体集中，从而匹配膜部件820的表面形状。在这类实施例中，向体积较大的流体施压的元件可执行所要求的任务。在一些实施例中还可包括使用静电力或静磁力启动的机械活塞。另外，还可借助流体周围材料受热膨胀或被电(压电)激活膨胀，来提供向流体加压的手段。例如，在一些实施例中可采用电介质上的电润湿来向流体加压。可形成室810以在电势不足的情况下得到表面处理，从而有利于吸引容纳在室810中的流体。在一个电极(未示出)接触流体、另一个电极位于受处理表面下方的情况下，表面区域的两端间可建立电势场。由于施加了电势场，该区域的润湿状态发生改变，流体可能会受压并具备液压浓度，膜部件820上所产生的压力可使其偏移，一个泵送冲程得以实现。降低电势场后，其对液压流体的效果会反转，结果是膜部件820松弛，至此一个泵送循环完成。

[0081] 多种其他用于在眼科装置中泵送少量流体的装置也在本发明的范围内。基于机械膜的系统为一个示例，而直接利用电介质上电润湿可能会提供其他替代选择。例如，在另外的实施例中，微机电系统(MEMS)还可通过压缩流体样品或向流体样品传递脉冲来提供泵送功能。

[0082] 控制向眼科装置引入流体的过程的通电人造孔

[0083] 现在参见图9，描绘了用于通电眼科装置的能够将流体样品接收到微流体部件中的示例性人造孔900的原理设计图。流体样品可存在于孔通路910上方示意性展示的区域中。人造孔900在工作时，可允许流体在期望的时间内从该区域流入流体路径通道970中并最终流动穿过通道970。可能有多种控制流体流过通道的流量的方式，包括基于机械构造的机制，该机制可缩减或消除流体路径通道970中可能会阻塞流动的区域的横截面轮廓。

[0084] 在本发明实例中，可使用电介质上电润湿效应在孔通路910区域中产生斥水区。经处理或成形的表面940本质上是疏水性的，可能会降低亲水溶剂或极性溶剂横穿孔进入流体路径通道970的能力。流体流入孔区域时，电极960可与其相互作用。对应的电极930也可位于疏水性表面周围。电连接电极930的方式可借以施加跨电极960和980的电场，该电场可改变疏水性表面940的表面润湿特性，使流体能够更顺畅地流过该区域。

[0085] 在一些实施例中，可向人造孔900中添加另外的特征结构，用来在未通电时阻塞流体，防止其流过孔通路910。包括人造孔900的装置在造出后首次存放流体时，这种特征结构可能特别有用。例如，孔通路910可为金属薄膜阻塞特征结构。金属薄膜阻塞特征结构可通过互连的特征结构920和990来连接。可能的情况是，在将包含人造孔900的装置从存放件取出时，启动信号可被传送并被眼科装置接收。在一些实施例中，眼科装置首次准备好接收流体样品时，其可跨金属互连线920和990以如下方式提供电势，所述方式为电流可直接跨薄金属膜910。在一些实施例中，这种电流可导致薄金属膜910熔融或蒸发，无论哪种情况都将暴露人造孔900的基础通道区域970。

[0086] 堆叠的集成芯片实施例中的微流体部件

[0087] 参考了构成组装了微流体元件的眼科装置的一部分的电子电路。在根据本发明多个方面的一些实施例中，可包括单个和/或多个分立的电子装置，作为(例如)眼科介质插入物中的分立芯片。在其他实施例中，通电电子元件能以堆叠的集成部件的形式包含在介质插入物中。因此现在参见图10，描绘了用于实现结合在眼科装置内的微流体元件的堆叠集成部件的示例性横截面示意图。具体地讲，介质插入物可包括许多不同类型的层，这些层的封装轮廓与它们将占据的眼内环境相符。在一些实施例中，具有堆叠的集成部件层的这些介质插入物可呈现介质插入物的完整环形形状。作为另一种选择，在一些情况下介质插入物可为环带，而堆叠的集成部件可只占据完整形状内的一部分体积。

[0088] 如图10所示，可能存在用于通电的薄膜蓄电池。在一些实施例中，这些薄膜蓄电池可包括能彼此堆叠的一个或多个层，在这种情况下，层1030可代表蓄电池层，这些蓄电池层中具有多个部件，并且之间有多处互连。

[0089] 在一些实施例中，彼此堆叠的两个层可能还在额外的位置互连。本领域现阶段可能有多种形成这些互连的方式；然而，事实证明这种互连可由层间的焊料球互连元件形成。在一些实施例中可能只需要这些互连，然而在其他情况下，焊料球可与其他互连元件接触，就像例如与具有层通孔的部件接触。

[0090] 在堆叠的集成部件介质插入物的其他层中，可能有专用于互连这些互连层中的两个或更多个各种部件的层1025。互连层1025可包括可将信号从各部件传递到其他部件的通路和铺设线。例如，互连层1025可提供与功率管理单元1020连接的各种蓄电池元件，其中功率管理单元1020可存在于技术层1015内。技术层1015内的其他部件可包括(例如)收发器1045、控制部件1050等。此外，互连层1025可将技术层1015中的多个部件与技术层1015之外的多个部件连接起来，就像例如集成无源装置1055中可能呈现的那样。可能有多种按指定路线发送电信号的方式，这些电信号可受存在的专用互连层(如互连层1025)支持。

[0091] 在一些实施例中，技术层1015可像其他层部件那样以多层的形式包含在介质插入物中，因为这些特征结构代表可包含在介质插入物中的多种技术选择。在一些实施例中，两个层中的一层会用到CMOS技术、BiCMOS技术、双极性技术或基于存储器的技术，而另一层可能用到不同的技术。作为另一种选择，这两个层可代表同一大范围技术领域中的不同技术领域。例如，一层可包括使用0.5微米CMOS技术制作的电子元件，另一层可包括使用20纳米CMOS技术制作的电子元件。各种电子技术类型的多种其他组合与本文所述的技术相符可能是显而易见的。

[0092] 在一些实施例中，介质插入物可包括与其外部的部件电互连的位置。然而，在其他实例中，介质插入物还可包括以无线方式与外部部件互连的部件。在这种情况下，在天线层1035中使用天线可提供无线通信的示例性方式。在许多情况下，这种天线层1035可(例如)在介质插入物内位于堆叠集成部件装置顶部或底部。

[0093] 在本文讨论的一些实施例中，蓄电池元件1030可包含在堆叠的多个层本身的至少一层中，作为其元件。还可注意到，也可能有蓄电池元件1030位于堆叠的集成部件层外部的其他实施例。实施例的更进一步多样性可源于如下事实：单独的电池或其它通电部件也可存在于介质插入件内，或者，这些独立的通电部件也可位于介质插入物外部。

[0094] 微流体元件1010可包括在堆叠的集成部件构造中。在一些实施例中，微流体元件1010部件可附接为层的一部分。在其他实施例中，整个微流体元件1010也可包括形状与其他堆叠集成部件类似的部件。本文已讨论的多种类型的微流体元件1010可与堆叠的集成部件装置相一致，在这种情况下，诸如泵、孔等其他特征结构为层的一部分，或者附接到微流体电池或其所附接的层上。

[0095] 具有集成微流体部件的眼科装置的控制系统

[0096] 现在参见图11，示出了可用于本公开的一些实施例中的控制器1100。控制器1100可包括一个或多个处理器1110，该处理器可包括联接到通信装置1120的一个或多个处理器部件。在一些实施例中，控制器1100可用于将能量传送到放置在眼科镜片中的能量源。

[0097] 处理器1110联接到通信装置，该通信装置被配置成经由通信通道传输能量。通信装置可用于与眼科装置内的眼科插入物内的部件进行电通信。通信装置1120还可用于例如与一个或多个控制器设备或编程/接口装置部件进行通信。

[0098] 处理器1110还与存储装置1130通信。存储装置1130可包括任何合适的信息存储装置，包括磁存储装置(例如磁带和硬盘驱动器)、光学存储装置和/或半导体存储器装置(诸如随机存取存储器装置和只读存储器(ROM)装置)的组合。

[0099] 存储装置1130可存储用于控制处理器1110的程序1140。处理器1110执行软件程序1140的指令，并且从而根据本发明来执行。例如，处理器1110可接收有关介质插入物的放置、部件放置等的信息。存储装置1130还可在一个或多个数据库1150和1160中存储眼科相关数据。数据库可包括例如定制的介质插入物设计、预先确定的眼内液样品测量阈值、计量数据和用于控制到介质插入物的能量和来自介质插入物的能量的具体控制序列。数据库还可包括用于控制可驻留在眼科装置中的微流体分析部件的参数和控制算法，以及由这些动作产生的数据。在一些实施例中，该数据最终可传送到外部接收装置。

[0100] 现在参见图12，示出了根据本公开的一些方面可用于监测佩戴眼科镜片的用户的葡萄糖水平的示例性方法步骤。在步骤1201中，可将阈值编程为软件程序。根据本发明的方面，阈值可包括例如眼内液中葡萄糖生物标记浓度的可接受水平。使用其他用于监测不同病症诸如抑郁症、高血压等的生物标记也在本公开的方面的范围内。另外，取决于目标眼内液样品是例如泪液还是间隙液，预编程的水平可能不同。可使用以下中的一种或两种来存储和执行该程序：形成眼科装置的介质插入物的一部分的处理器、以及与介质插入物的处理器通信的外部装置。外部装置可包括智能手机设备、个人电脑、眼科装置用户界面等，并且可以被配置成包括可用于监测眼内液样品的特性的可执行代码。可利用眼科装置中容纳的一个或多个传感器来测量眼内液特性。传感器可包括电化学传感器和/或光度传感器。在示例性实施例中，基于荧光传感器类型，传感器分析步骤可能涉及葡萄糖浓度的测定光度检测。在另一个例子中，传感器可检测来自葡糖氧化酶与分析物传感器的多个部分相互作用的反应产物和流体样品的存在。

[0101] 在步骤1205处，可将包括微流体系统的眼科装置放置成与眼睛的眼部前表面的一部分接触，并且由用户佩戴。在一些实施例中，眼科装置可为通电接触镜片的形式，并且在将接触镜片放置在眼球表面上时，该步骤可完成。在其他实施例中，眼科装置可为(例如)眼内透镜或泪点塞的形式，且仍包括本发明中所述的微流体分析系统的各方面。虽然说明书通篇都以单数形式描述眼科装置，但本领域的技术人员应当理解，可每只眼睛放置一个眼科装置，这样，两个眼科装置(如接触镜片)可一起起效，以提供本发明的功能性方面。

[0102] 在步骤1210处，可使用一个或多个传感器监测生物标记的浓度变化。可在预先确定的频率下、或根据眼科装置中的用户界面和/或启动传感器的要求，发生对生物标记的检测。生物标记可包括与葡萄糖水平、抑郁症、血压等相关的那些。在步骤1220处，眼科装置的处理器可记录由眼内液的样品测得的特性/病症。在一些实施例中，眼科装置的处理器可存储这些特性/病症和/或将其发送至与眼科装置通信的一个或多个装置。在步骤1215处，可把记录的值存储在与眼科镜片通信的用户界面中，并在其中分析；并且/或者在步骤1225处，在眼科装置内执行分析记录。

[0103] 在步骤1230处，眼科装置和/或用户界面会警示用户和/或执业医生测得的浓度。当测得的水平位于由眼科装置编程的、接收到的和/或计算的预定阈值之外，可编程为发出警示。另外，在一些实施例中，可分析数据和警示，以便执行以下一个或多个步骤：a)改变根据该天的时间的测量频率；b)识别个体的浓度水平测量的变化模式；c)根据测得浓度的变化，改变测量频率。在步骤1235处，可改变该天的时间的测量频率。举例来说，若眼科装置是用户睡觉时也留在其眼中的装置，那么可以在晚上十点和次日早上六点期间减少测量次数，或停止测量。类似地，可以在午餐和晚餐期间增大频率，以检测由于用户的食物摄入导致的变化。在步骤1240处，由系统可以识别出浓度水平的变化的模式。系统可利用识别出的模式提示用户其原因，并且/或者在步骤1245处，根据识别到的变化改变频率，使得系统在临界状态期间更灵敏。临界状态可包括会触发葡萄糖水平显著升高或显著降低的事件。此类事件可包括(例如)放假日期、锻炼、位置、该天的时间、服用药物等。

[0104] 在一些实施例中的步骤1250处，可根据所识别的模式/病症，周期性地或实时地定制初始编程的值。该能力可允许系统在临界状态下提高灵敏度并消除误报警，从而提高系统有效性。有效性可提升该系统的用户参与度，从而使该眼科装置的优点最大化，从而提供安全的监测系统。在步骤1255中，与用户相关的数据包括(例如)所识别的模式、测量结果和/或偏好，这些数据可作为用户的病历的一部分。病历可通过加密数据和/或限制其访问来安全存储。

[0105] 现在参见图13，示出了根据本发明的一些方面的、可用于治疗佩戴眼科镜片的用户的葡萄糖水平异常的示例性方法步骤。在步骤1301中，将包括微流体分析系统的眼科装置放置成与眼内液接触。在一些实施例中，眼科装置可为通电接触镜片的形式，并且在将接触镜片放置在眼球表面上时，该步骤可完成。在其他实施例中，眼科装置可为(例如)眼内透镜或泪点塞的形式，且仍包括本发明所述微流体分析系统的各方面。

[0106] 在步骤1305中，可监测眼内液中生物标记的变化。监测生物标记变化的方法可包括(例如)图12中示出的那些步骤。在步骤1310处，所测得的变化可实时传达至直接或间接与眼科装置通信的药物分配装置。尽管相对于用户的血流中的浓度变化，眼内液中所监测的生物标记的浓度变化在检测时可包括时间延迟，但在步骤1315处，药物分配装置可施用一种能够将浓度降低或提升至正常水平的药物。例如，可监测葡萄糖水平，并在其处于正常范围之外时治疗。持续监测可防止不受控制的血糖水平，其可使为重要器官(类似心脏、肾脏、眼睛和神经)供血的血管受损。由于葡萄糖水平可达到使他/她趋于危险水平时个体可能感觉良好，所以本发明的一些方面能帮助在早期检测时采取行动。早期检测不仅可将水平控制回正常状况，和/或可使用户意识到，还能防止更为严重或永久性的后果，包括例如心脏病发作或中风、肾衰竭和失明。我们知道，这些后果都是在未对异常葡萄糖水平进行治疗时发生。

[0107] 此外，在一些实施例中，药物施用装置可经由其界面或利用眼科装置的部件向用户发出警示。例如，在一些眼科装置实施例中，介质插入物可包括光投射系统，诸如一个或多个能够向用户发送信息的 LED灯。

[0108] 在后续的步骤1320处，由于药效和泪液中反映的药效的时间延迟，可延缓任何进一步药物施用，以防止系统的投药过量。例如，药物起效后，可能需要10到30分钟来抵消异常的水平，并且在其起效时，可能还需要20分钟才能使泪液中的浓度均衡。因此，编程算法能够使病症、时间延迟相关，并且在系统中编程出适当的后续给药量，以安全地起作用。在步骤1325处，可保存与所测得的病症和/或向用户给药相关的数据，并且将其用作治疗和/或用户病历的一部分。

[0109] 上文描述的具体实例和方法步骤用来说明和实现本发明的不同方面。这些方法步骤和实例仅用于说明，且不以任何方式限制权利要求书的范围。因此，本说明书旨在涵盖对本领域的技术人员来说可能显而易见的所有实施例。

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具有微流体系统的眼科镜片

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