基于生物可吸收基质的可植入生物医学装置制造方法及图纸

本文提供了可植入生物医学装置和给予可植入生物医学装置、制造可植入生物医学装置以及在生物环境中使用可植入生物医学装置以驱动靶组织或传感与所述靶组织相关的参数的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本文提供了可植入生物医学装置和给予可植入生物医学装置、制造可植入生物医学装置以及在生物环境中使用可植入生物医学装置以驱动靶组织或传感与所述靶组织相关的参数的方法。【专利说明】基于生物可吸收基质的可植入生物医学装置 本申请是2010年9月28日提交的申请号为PCT/US2010/050468、专利技术名称为"基 于生物可吸收基质的可植入生物医学装置"的国际申请的分案申请，所述国际申请于2012 年11月16日进入中国国家阶段，其申请号为201080066816. 4。 相关申请的交叉引用 本申请要求2010年3月17日提交的美国临时专利申请No. 61/314, 739的优先权， 所述美国临时专利申请藉此W引用方式全文纳入本文。 联邦政府资助的研究或开发的声明 本专利技术根据美国能源部资助号 No. DE-FG02-07ER46471 和 DE-FG02-91ER45439 W 及与美国陆军研究实验室合约号NO.W911NF-07-1-0618,在美国政府支持下完成。美国政府 享有本专利技术的一定权利。
技术介绍
本专利技术属于生物医学装置领域，主要涉及用于传感与祀组织相关的参数和/或用 于驱动祀组织的可植入装置。本专利技术提供了用于制造、植入和使用所述可植入生物医学装 置的方法。 可植入生物医学装置在一些重要的临床应用中具有潜力，所述临床应用例如治疗 和/或监测神经功能障碍（例如癒痛和帕金森氏症）、也脏障碍（例如也律失常）、脉管障 碍、肌肉和/或神经障碍（例如用于控制假肢的脑-计算机接口）。但是，有效应用可植 入装置部分地依赖于提供常规的集成电路和医学装置的坚硬、平坦的表面与生物系统的柔 软、曲线的组织之间的相容性的设计策略。克服该种物理的不匹配是重要的，因为形状的不 同通常会导致在生物/非生物界面处低精度偶联并限制与一些常规的可植入装置接触组 织的长期健康。 通过将常规的W基于娃的电子部件替换为非晶娃、有机半导体或有机-无机杂合 半导体，改善装置-组织偶联的尝试在某些情况下损失了电子性能，所述非晶娃、有机半导 体或有机-无机杂合半导体的电子特征例如场效应迁移率、开/关比等显著劣于相应的基 于单晶娃的装置。虽然所述非晶娃和有机材料可能在电子方面显著劣于单晶娃，但是它们 具有对生物医学应用有益的某些特征例如柔性、在化学方面生物相容性、W及在某些情况 下的生物可降解性。 最近，许多专利和出版物公开了可植入、生物可降解的装置。例如国际专利申请公 开文本WO 2008/085904公开了生物可降解的电子装置，其可W包括生物可降解的半导体 材料和生物可降解的基质。国际专利申请公开文本WO 2008/108838公开了用于递送流体 和/或生物材料至组织的生物可降解装置。国际专利申请公开文本W02008/127402公开了 含有植入的生物材料的生物可降解传感器。国际专利申请公开文本WO 2008/103464公开 了具有纳米结构化表面的医学装置，其任选地用生物可降解聚合物包被。类似地，国际专利 申请公开文本WO 99/45860公开了具有生物相容性并且任选具有突起的可吸收基质，所述 突起依赖于它们的间距可W促进或者阻碍细胞粘附。 其他专利和出版物已经公开了可植入电子装置。例如，美国专利No. 5, 403, 700公 开了具有聚醜亚胺基质支持模式的金属导体的装置。美国专利No. 7, 190, 051公开了用绝 缘体上娃技术焊接的气密封装的可植入电子装置。国际专利申请公开文本WO 2009/111641 和W02009/114689公开了可拉伸且柔性的电子装置和传感器阵列。
技术实现思路
本专利技术提供了用于生物医学应用的可植入系统的装置和方法，所述生物医学应用 包括在一些生物环境中对组织进行体内传感和/或驱动。例如，在一些实施方案中，本专利技术 的可植入装置与高性能的单晶无机电子材料和/或具有生物可吸收基质的薄电极阵列结 合，所述生物可吸收基质与祀生物组织接触后能够至少部分被吸收。在一些实施方案中，力口 入纳米结构化的单晶无机电子材料和/或薄电极阵列提供了与一些生物环境的生物相容 性，并且提供了对建立所述装置和祀生物组织之间保形接触（con化rmal contact)有用的 机械性能（例如弯曲刚度、杨氏模量、曲率半径等）与装置属性（例如柔性、拉伸性等）。在 一些实施方案中，加入具有可控制的和/或可选择的吸收速率的生物可吸收基质提供了将 所述可植入装置与目标生物组织有效布置和接合的生物相容器件。例如，在一些实施方案 中，至少部分吸收所述可吸收基质建立了提供所述装置和祀生物组织之间物理接触、电子 接触、热接触和/或光通信的界面。例如，在一些实施方案中，本专利技术的装置纳入高度生物 相容的丝基质，当与多种类型的祀组织接触时提供有用且可控的吸收速率。 本专利技术能够提供多用途的组织传感和驱动平台，支持一组适合于多种生物医学应 用的可植入生物医学系统、材料和方法，所述生物医学应用包括传感、电化学驱动、药物递 送和疾病治疗。纳米结构化的单晶无机电子材料或薄电极阵列与生物可吸收基质的结合提 供了能够抑制或完全避免植入中不希望的炎症和/或免疫应答的可植入系统。将纳米结构 化的单晶娃或薄电极阵列与可吸收的丝基质W及任选具有网状结构的屏障层结合的实施 方案可W提供与多种组织类型相容的可植入系统，所述组织类型例如也脏组织、脑组织、肌 肉组织、神经组织、上皮组织或脉管组织。另外，将纳米结构化的单晶无机电子材料或薄电 极阵列与生物可吸收基质结合可W提供支持广泛范围的先进装置功能性的可植入系统，所 述先进装置功能性包括光学的、电子的、电化学的W及化学的传感和/或驱动。 本文提供了可植入生物医学装置和制造及使用可植入生物医学装置的方法。例 女口，本专利技术的装置可用于体内传感与祀组织和/或生物环境有关的参数，例如化学组成（例 如抑，离子强度，生物标志物、蛋白质、碳水化合物等的存在或浓度）、电化学参数（例如电 流或电压）、温度和/或光学参数（例如吸收、散射等）。例如，本专利技术的装置可用于在生物 环境中体内驱动祀组织，例如电化学驱动、药物递送、光学驱动等。还公开了制造可植入生 物医学装置的方法和在生物环境中将可植入生物医学装置给予至祀组织上的方法。当将所 述可植入生物医学装置给予至祀组织上时，所述可植入生物医学装置的生物可吸收基质至 少部分被吸收进入所述生物环境的周围组织，W此发生构象变化W建立所述可植入生物医 学装置和所述祀组织之间的保形接触和/或电接触和/或光学接触。 该方面的可植入装置含有生物可吸收基质；并且含有由所述生物可吸收基质直接 或间接地支持的电极阵列的多个无机半导体组件或电极的电子装置，其中至少一个所述无 机半导体组件具有至少一个小于或等于100微米的物理尺度W及具有网状结构的薄（例如 厚度小于或等于100微米）屏障层，所述网状结构包封（encapsulate)无机半导体组件的 至少一部分或电极阵列的电极，任选完全包封所述无机半导体组件或电极阵列的电极。任 选地，所述可植入装置还包括一个或多个另外的基质层例如一个或多个另外的屏障层或生 物相容层，其介于所述生物可吸收基质和所述无机半导体组件之间W进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在生物环境中驱动靶组织或传感与所述靶组织相关的参数的可植入生物医学装置，所述装置包括：含有多个可独立寻址的金属电极的电极阵列，其中每个金属电极的至少一个物理尺度小于或等于100微米；具有网状结构的屏障层，其中所述屏障层至少部分地支持所述电极阵列；以及支持所述电极阵列、所述屏障层或其二者的生物可吸收基质；其中与所述生物环境接触后，所述生物可吸收基质至少部分地被吸收，以此在所述生物环境中建立所述电极阵列和所述靶组织之间的保形接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·罗杰斯，金大亨，F·奥默多，D·卡普兰，B·利特，J·维梵蒂，Y·黄，J·阿姆斯丹，
申请(专利权)人：伊利诺伊大学评议会，塔夫茨大学信托人，宾夕法尼亚大学理事会，西北大学，
类型：发明
国别省市：美国;US