TWI636775B - 微型泵浦 - Google Patents

Abstract

本案提供一種微型泵浦，適用於植入人體血液中，包含：基材，以奈米製程製出複數個導流通道，導流通道包括入口通道、出口通道及分歧通道，以及導流致動單元，以奈米製程製出架構封蓋於該壓力腔室上，施加電源而致動壓縮壓力腔室之體積產生流體流動；將微型泵浦植入人體血液中，以驅動晶片之通信連接器接受外部指令通信，而使驅動晶片致能導流致動單元及微視鏡，同時控制出口孔、儲流出口之閥開關之開啟，透過致動單元之致動而讓儲流腔室儲存之流體治療藥物輸送出口孔，投遞至需求治療的人體血管上。

Description

微型泵浦

本案係關於一種微型泵浦，尤指一種透過微小化、薄型且靜音之微型泵浦。

於現有狀況中，患者須定期使用治療藥物或者發覺身體不適時才使用藥物，而當患者在服用治療藥物時，需以將治療藥物以口服或注射方式送至患者身體或血管內，且患者必須隨身攜帶治療藥物或是注射工具，如錯過一次藥物的治療，對患者而言可能造成無可挽救傷害，此外，患者必需隨身攜帶治療藥物或是注射工具，生活或外出上也非常不方便。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失，可克服隨時隨地偵測患者身體狀況，且立即將治療藥物傳遞至人體血液中，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供微型泵浦，藉由奈米製程設計，以植入人體血液中，以克服現有狀況無法隨時地偵測人體身體狀況、及時輸送治療藥物之問題。

為達上述目的，本案提供一種微型泵浦，適用於植入人體血液中，包含：一基材，以奈米製程製出複數個導流通道，以及凹置一壓力腔室及一儲流腔室，該導流通道包括一入口通道、一出口通道及一分歧通 道，該分歧通道連通該入口通道，以及以一第一蓋件封蓋該入口通道、該出口通道及該分歧通道，且該第一蓋件對應該入口通道、該出口通道處分別設有一入口孔及一出口孔，而該壓力腔室分別連通該入口通道、該出口通道，而該儲流腔室以一第二蓋件封閉，使該儲流腔室內部得以儲存一流體治療藥物，且該儲流腔室具有一儲流出口，連通該分歧通道；一導流致動單元，以奈米製程製出架構封蓋於該壓力腔室上，施加電源而致動壓縮該壓力腔室之體積產生流體流動；複數個閥開關，以奈米製程製出封閉該入口孔、該出口孔、該儲流出口；一驅動晶片，以奈米製程製出且系統封裝架構於該基材上，以提供該導流致動單元之電源及控制致動，以及提供控制該複數閥開關之開關狀態，而該驅動晶片包含有一通信連接器；以及一微視鏡，以奈米製程製出且系統封裝架構於該基材上，受該驅動晶片控制啟動；將該微型泵浦植入人體血液中，以該驅動晶片之該通信連接器接受外部指令通信，而使該驅動晶片致能該導流致動單元及該微視鏡，並同時控制該入口孔、該出口孔之該閥開關之開啟，得以在該人體血液中形成流體流動之動能而位移，並透過微視鏡監測定位到需求治療的人體血管上，復以控制該入口孔之該閥開關之關閉，同時控制該出口孔、該儲流出口之該閥開關之開啟，以該導流致動單元之致動而讓儲流腔室儲存之該流體治療藥物輸送該出口孔，投遞至該需求治療的人體血管上。

1‧‧‧基材

11‧‧‧入口通道

12‧‧‧出口通道

13‧‧‧分歧通道

14‧‧‧壓力腔室

15‧‧‧儲流腔室

151‧‧‧儲流出口

16‧‧‧第一蓋件

161‧‧‧入口孔

162‧‧‧出口孔

17‧‧‧第二蓋件

18a、18b‧‧‧腔室

19a、19b‧‧‧凸部結構

2‧‧‧導流致動單元

21‧‧‧載件

22‧‧‧致動元件

3、3a、3b、3c‧‧‧閥開關

31‧‧‧保持件

311、321、331‧‧‧通孔

32‧‧‧密封件

33‧‧‧位移件

34‧‧‧容置空間

4‧‧‧驅動晶片

5‧‧‧微視鏡

6‧‧‧流體治療藥物

100‧‧‧閥片

100a、100b‧‧‧貫穿區域

101a、101b‧‧‧閥門片

102a、102b‧‧‧延伸支架

103a、103b‧‧‧鏤空孔

第1圖為本案第一實施例之微型泵浦之剖面結構示意圖。

第2A圖至第2D圖為第1圖所示之微型泵浦流體作動流程示意圖。

第3A圖至第3C圖為本案第二實施例之微型泵浦流體作動流程示意圖。

第4圖所示為本案第二實施例之微型泵浦之閥膜片正面視得示意圖。

第5A圖及第5B圖為本案之閥開關作動示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

本案之微型泵浦適用於植入人體血液中，並同時兼具隨時偵測患者健康狀態以及可立即輸送治療藥物效果。請參閱第1圖，於本案第一實施例中，微型泵浦包括基材1、導流致動單元2、複數個閥開關3、驅動晶片4以及微視鏡5。其中，基材1、導流致動單元2、複數個閥開關3、驅動晶片4以及微視鏡5，均以奈米製程技術製出。

基材1以奈米製程製出複數個導流通道，包括入口通道11、出口通道12、以及分歧通道13，其中分岐通道13連通入口通道11，而基材1並以第一蓋件16封蓋入口通道11、出口通道12以及分歧通道13，且第一蓋件16對應到入口通道11一端設有入口孔161，第一蓋件16對應到出口通道12一端設有出口孔162，以及基材1上凹置一壓力腔室14及一儲流腔室15，壓力腔室14分別連通入口通道11、出口通道12，基材1上並以第二蓋件17封蓋儲流腔室15，使得儲流腔室15形成一空間，得以儲存流體治療藥物6，且儲流腔室15具有一儲流出口151，與分岐通道13相互連通，而複數個閥開關3包括一個閥開關3a設置封閉入口孔161，一個閥開關3b設置封閉出口孔162，一個閥開關3c設置封閉儲流出口151。

請繼續參閱第1圖，導流致動單元2架構封蓋於壓力腔室14上，包含有載件21及致動元件22，其中致動元件22可為壓電元件，但均不以此為限。載件21封蓋該壓力腔室14，且在一表面上貼附致動元件22， 其中，致動元件22更具有一正極及一負極(未圖示)，用以與驅動晶片4之電性連接，令致動元件22施加電壓致動後產生形變，用以驅動載件21往復式地垂直方向之往復式振動，藉此壓縮壓力腔室14之體積，使壓力腔室14產生壓力變化，以供流體之傳輸。驅動晶片4系統封裝架構於基材1，以提供導流致動單元2之電源及控制致動，並控制複數閥開關3為開關狀態，且驅動晶片4具有通信連接器(未圖示)，以接收外部指令，其中，通信連接器可以無線方式傳輸、藍芽方式傳輸等，但不以此為限。又於本案第一實施例之微型泵浦中，驅動晶片4更包含石墨烯電池(未圖示)，供與導流致動單元2之致動元件22正極及負極電性連接，用以提供驅動電源。微視鏡5系統封裝架構於基材1上，並受驅動晶片4控制啟動。

請參閱第2A圖及第2B圖，首先，將微型泵浦植入於患者血液中，並以驅動晶片4之通信連接器進行接收外部指令，當通信連接器接收發出外部指令，進而使驅動晶片4控制導流致動單元2致動及控制微視鏡5啟動，並且同時控制入口孔161之閥開關3a以及出口孔162之閥開關3b開啟，得以在患者之血液中形成流體流動之動能位移，且透過微視鏡5監測定位到患者需求治療的血管上。

請參閱第2C圖及第2D圖，當微型泵浦植入於患者血液中透過微視鏡5監測定位到患者需求治療的血管上，復驅使驅動晶片4控制入口孔161之閥開關3a之關閉，並同時控制出口孔162之閥開關3b、儲流出口151之閥開關3c之開啟，如此致動元件22接收電壓而產生作動而使載件21產生形變共振，當載件21向上振動，使壓力腔室14體積增大，則流體治療藥物6順應壓力腔室14之壓力變化而流出，並經由入口通道11匯集到基材1之壓力腔室14處，接著載件21向下振動，使壓力腔室14之體積變小，如此流體治療藥物6順應壓力腔室14之壓力變 化，由出口通道12經出口孔162輸送至血液中，藉由重複上述第2C圖至第2D圖之微型泵浦之流體傳輸作動，使致動元件22持續進行往復式地上下振動，可持續將流體治療藥物6由儲流腔室15之儲流出口151持續導向出口孔162，俾實現流體治療藥物6之傳輸，投遞至需求治療的患者血管上。

請參閱第3A圖、第3B圖及第3C圖所示，於本案第二實施例中基材1可進一步在入口通道11及出口通道12中分別設置一腔室18a及一腔室18b，基材1在入口通道11之腔室18a及出口通道12之腔室18b處更分別設有一凸部結構19a、19b，凸部結構19a設置於入口通道11處，為設置在腔室18a底部，而凸部結構19b設置於出口通道12處，為設置在腔室18b頂部，以及微型泵浦可進一步設置一閥片100。再請参閱第4圖所示，閥片100在兩個貫穿區域100a、100b中各保留有厚度相同之兩閥門片101a、101b，且環繞閥門片101a、101b週邊各設置複數個延伸支架102a、102b作以彈性支撐，並使每個延伸支架102a、102b相鄰之間各形成一鏤空孔103a、103b，如此閥門片101a、101b可受作用力藉由延伸支架102a、102b彈性支撐而凸伸變形一位移量形成一閥門開關結構。閥門片101a、101b可為圓型、長方型、正方形或各種幾何圖型，但不以此為限。又請參閱第3B圖及第3C圖所示，閥門片101a封蓋入口通道11，並貼合抵觸入口通道11中凸部結構19a而產生一預力(Preforce)作用，有助於產生更大之預蓋緊效果，以防止逆流，而閥門片101b封蓋出口通道12，並貼合抵觸出口通道12之凸部結構19b而產生一預力(Preforce)作用，有助於產生更大之預蓋緊效果，以防止逆流，故本案微型泵浦在不作動之情況下，微型泵浦之入口通道11以及出口通道12之間不會產生逆流作用。

請參閱第3B圖、第3C圖及第4圖所示，閥片100之閥門片101a、101b 受導流致動單元2之致動壓縮壓力腔室14，進而控制入口通道11及出口通道12之開啟或關閉狀態且不會產生逆流作用。如第3B圖所示，當驅動晶片4控制儲流出口151之閥開關3c之開啟，流體治療藥物6導入分岐通道13中而連通入口通道11中，且致動元件22接收電壓而產生作動，驅使載件21產生形變向上振動，使壓力腔室14體積增大，入口通道11之閥門片101a受吸力快速脫離抵觸凸部結構19a而開啟，而出口通道12之閥門片101b也受吸力緊抵觸凸部結構19b而關閉，流體治療藥物6受吸力在入口通道11中由鏤空孔103a進入腔室18a，並匯集到壓力腔室14處。接著，如第3C圖所示，驅使載件21產生形變向下振動，使壓力腔室14體積變小，入口通道11之閥門片101a受推力回復抵觸凸部結構19a而關閉，不產生逆流，而出口通道12之閥門片101b也受推力快速脫離抵觸凸部結構19b而開啟，匯集到壓力腔室14之流體治療藥物6受擠壓在入口通道11中由鏤空孔103b進入腔室18b，再由出口通道12輸送至出口孔162。藉由，重複上述第3B圖至第3C圖之微型泵浦之流體傳輸作動，使壓力腔室14經由致動元件22持續進行往復式地上下振動，可持續將流體治療藥物6由儲流腔室15之儲流出口151持續導向出口孔162，俾實現流體治療藥物6之傳輸，投遞至需求治療的患者血管上。

本案之驅動晶片4控制閥開關3之開關狀態之實施如下說明，如第5A圖及第5B圖所示，閥開關3之第一實施態樣，閥開關3為包含保持件31、密封件32以及位移件33。位移件33設置於保持件31及密封件32之間所形成的容置空間34中，保持件31上具有至少兩個通孔311，而位移件33對應保持件31上通孔311位置也設通孔331，保持件31的通孔311及位移件33的通孔331，其位置為大致相互對準，以及密封件32上設有至少一個通孔321，且密封件32之通孔321與保持件31 之通孔311之位置形成錯位而不對準。當位移件33受到流體推動時，會如箭頭方向之流體流動方向而往上位移，致使位移件33頂抵於保持件31，同時開啟密封件32之通孔321，流體可由密封件32之通孔321導入，由於位移件33的通孔331之位置大致對準保持件31的通孔311，故通孔331與311可相互導通，完成一閥開啟。

又，在本案閥開關3之第二實施例態樣，位移件33為一帶電荷之材料，保持件31為一兩極性之導電材料。保持件31電性連接驅動晶片4，驅動晶片4用以控制保持件31之極性(正電極性或負電極性)。若位移件33為一帶負電荷之材料，當閥開關3須受控開啟時，驅動晶片4控制保持件31形成正電極，此時位移件33與保持件31維持不同極性，如此會使位移件33朝保持件31靠近，構成閥開關3之開啟(如第5B圖所示)。反之，若位移件33為一帶負電荷之材料，當閥開關3須受控關閉時，驅動晶片4控制保持件31形成一負電極，此時位移件33與保持件31維持相同極性，使位移件33朝密封件32靠近，構成閥開關3之關閉(如第5A圖所示)。

又，在本案閥開關3之第三實施例態樣，位移件33為帶磁性之材料，而保持件31為可受控變換極性之磁性材料。保持件31電性連接驅動晶片4，驅動晶片4用以控制保持件31之極性(正極或負極)。若位移件33為帶負極之磁性材料，當閥開關4須受控開啟時，保持件31形成正極之磁性，此時驅動晶片4控制位移件33與保持件31維持不同極性，使位移件33朝保持件31靠近，構成閥開關3之開啟(如第5B圖所示)。反之，若位移件33為帶負極之磁性材料，當閥開關3須受控關閉時，保持件31形成一負極之磁性，此時驅動晶片4控制位移件33與保持件31維持相同極性，使位移件33朝密封件32靠近，構成閥開關3之關閉(如第5A圖所示)。

綜上所述，本案所提供之微型泵浦，植入於患者血液中，並以驅動晶片之通信連接器進行接收外部指令，驅動晶片控制導流致動單元及致動微視鏡啟動，並且同時控制閥開關以及閥開關開啟，藉此以在患者之血液中形成流體流動之動能位移。此外，控制出口孔、儲流出口之閥開關之開啟，且藉由導流致動單元之致動使儲流腔室所儲存之流體治療藥輸送至出口孔，投遞至需求治療的患者血管上，俾實現流體治療藥物之傳輸。再者，本案透過微型泵浦植入人體血液中，透過偵測可以隨時隨地偵測患者需求，並立刻傳遞治療藥物，進而達到高效能之靈活運用等功效。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

Claims (13)

1. 一種微型泵浦，適用於植入人體血液中，包含：一基材，以奈米製程製出複數個導流通道，以及凹置一壓力腔室及一儲流腔室，該導流通道包括一入口通道、一出口通道及一分歧通道，該分歧通道連通該入口通道，以及以一第一蓋件封蓋該入口通道、該出口通道及該分歧通道，且該第一蓋件對應該入口通道、該出口通道處分別設有一入口孔及一出口孔，而該壓力腔室分別連通該入口通道、該出口通道，而該儲流腔室以一第二蓋件封閉，使該儲流腔室內部得以儲存一流體治療藥物，且該儲流腔室具有一儲流出口，連通該分歧通道；一導流致動單元，以奈米製程製出架構封蓋於該壓力腔室上，施加電源而致動壓縮該壓力腔室之體積產生流體流動；複數個閥開關，以奈米製程製出封閉該入口孔、該出口孔、該儲流出口；一驅動晶片，以奈米製程製出且系統封裝架構於該基材上，以提供該導流致動單元之電源及控制致動，以及提供控制該複數閥開關之開關狀態，而該驅動晶片包含有一通信連接器；以及一微視鏡，以奈米製程製出且系統封裝架構於該基材上，受該驅動晶片控制啟動；將該微型泵浦植入人體血液中，以該驅動晶片之該通信連接器接受外部指令通信，而使該驅動晶片致能該導流致動單元及該微視鏡，並同時控制該入口孔、該出口孔之該閥開關之開啟，得以在該人體血液中形成流體流動之動能而位移，並透過微視鏡監測定位到需求治療的人體血管上，復以控制該入口孔之該閥開關之關閉，同時控制該出口孔、該儲流出口之該閥開關之開啟，以該導流致動單元之致動而讓儲流腔室儲存之該流體治療藥物輸送該出口孔，投遞至該需求治療的人體血管上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵浦，其中該導流致動單元包含有一載件及一致動元件，該載件封蓋該壓力腔室，且在一表面上貼附該致動元件，供該致動元件施加電源而造成該載件產生形變共振，以使該入口通道、該出口通道之間該流體受擠壓流動。
3. 如申請專利範圍第2項所述之微型泵浦，其中該致動元件為一壓電元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵浦，進一步在該入口通道、該出口通道中分別設置一閥片，可受該導流致動單元之致動壓縮該壓力腔室而控制該入口通道、該出口通道之開關狀態。
5. 如申請專利範圍第4項所述之微型泵浦，其中該基材在該入口通道、該出口通道處具有凸部結構，以產生一預力頂觸該閥片，藉以防止該流體逆流。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵浦，其中該驅動晶片包含有一石墨烯電池，以提供電源。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵浦，其中該通信連接器以無線方式傳輸接收通信、發送通信。
8. 如申請專利範圍第4項所述之微型泵浦，其中該閥開關包含一保持件、一密封件及一位移件，其中該閥片設置於該保持件及該密封件之間，以及該保持件、該密封件及該閥片上分別具有複數個通孔，而該保持件及該位移件上複數個通孔位置為大致相互對準，且該密封件與該保持件之複數個通孔位置為形成錯位不對準。
9. 如申請專利範圍第8項所述之微型泵浦，其中該位移件為一帶電荷之材料，而該保持件為一兩極性之導電材料，以令該位移件與該保持件維持不同極性，而朝該保持件靠近，構成該閥之開啟。
10. 如申請專利範圍第8項所述之微型泵浦，其中該位移件為一帶電荷之材料，而該保持件為一兩極性之導電材料，以令該位移件與該保持件維持 相同極性，而朝該密封件靠近，構成該閥之關閉。
11. 如申請專利範圍第8項所述之微型泵浦，其中該位移件為一帶磁性之材料，而該保持件為一可受控變換極性之磁性材料，以令該位移件與該保持件維持不同極性，而朝該保持件靠近，構成該閥之開啟。
12. 如申請專利範圍第8項所述之微型泵浦，其中該位移件為一帶磁性之材料，而該保持件為一可受控變換極性之磁性材料，以令該位移件與該保持件維持相同極性，而朝該密封件靠近，構成該閥之關閉。
13. 如申請專利範圍第9項至第12項中任一項所述之微型泵浦，其中該保持件由該驅動晶片控制其極性。