Перекрестная ссылка на родственную заявку
[0001] Эта заявка испрашивает приоритет заявки на патент США № 13/741725, поданной 15 января 2013 года, которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.
Предпосылки изобретения
[0002] Если здесь не указано иное, описанные в этом разделе материалы не являются предшествующей областью техники для формулы изобретения в этой заявке и не признаются являющимися предшествующей областью техники при включении в этот раздел.
[0003] Электрохимический амперометрический датчик измеряет концентрацию аналита при измерении тока, вырабатываемого посредством электрохимических реакций окисления или восстановления аналита на рабочем электроде датчика. Реакция восстановления происходит, когда электроны переносятся от электрода к аналиту, тогда как реакция окисления происходит, когда электроны переносятся из аналита к электроду. Направление переноса электрона зависит от электрических потенциалов, приложенных к рабочему электроду. Противоэлектрод и/или электрод сравнения используется для замыкания цепи с рабочим электродом и позволяет течь вырабатываемому току. Когда рабочий электрод должным образом электрически смещен, выходной ток может быть пропорционален скорости реакции, так что обеспечивает измерение концентрации аналита, окружающего рабочий электрод.
[0004] В некоторых примерах вблизи рабочего электрода локализован реактив, чтобы выборочно реагировать с желаемым аналитом. Например, глюкозооксидаза может быть зафиксирована около рабочего электрода для реакции с глюкозой и высвобождения перекиси водорода, которая затем электрохимически обнаруживается рабочим электродом, чтобы указать на присутствие глюкозы. Другие ферменты и/или реактивы могут использоваться для обнаружения других аналитов.
Сущность изобретения
[0005] Некоторые варианты осуществления настоящего раскрытия обеспечивают устанавливаемое на глазу устройство, включающее в себя прозрачный полимерный материал, подложку, антенну и контроллер. Прозрачный полимерный материал может иметь вогнутую поверхность и выпуклую поверхность. Вогнутая поверхность может быть выполнена с возможностью съемным образом устанавливаться на роговичной поверхности, а выпуклая поверхность может быть совместимой с движением века, когда вогнутая поверхность установлена таким образом. Подложка может быть по меньшей мере частично встроена в прозрачный полимерный материал. Подложка может включать в себя электрохимический датчик, который включает в себя рабочий электрод и электрод сравнения. Подложка также может включать в себя модуль электроники, инкапсулированный в пределах биологически совместимого материала таким образом, что слезная жидкость, проникающая через прозрачный полимерный материал, изолирована от модуля электроники биологически совместимым материалом. Модуль электроники может включать в себя антенну и контроллер. Контроллер может быть электрически соединен с электрохимическим датчиком и антенной. Контроллер может быть выполнен с возможностью управлять электрохимическим датчиком для получения измерения датчика, связанного с концентрацией аналита в жидкости, действию которой подвергается устанавливаемое на глазу устройство, и использовать антенну для указания измерения датчика.
[0006] Некоторые варианты осуществления настоящего раскрытия обеспечивают способ, включающий в себя формирование жертвенного слоя на рабочей подложке. Способ может включать в себя формирование первого слоя биологически совместимого материала на жертвенном слое. Способ может включать в себя обеспечение модуля электроники на первом слое биологически совместимого материала. Способ может включать в себя формирование второго слоя биологически совместимого материала для покрытия модуля электроники. Способ может включать в себя совместный отжиг первого и второго слоев биологически совместимого материала с формированием инкапсулированной структуры. Инкапсулированная структура может включать в себя модуль электроники, полностью заключенный в пределах биологически совместимого материала.
[0007] Некоторые варианты осуществления настоящего раскрытия обеспечивают устройство, приготовленное с помощью процесса. Процесс может включать в себя формирование жертвенного слоя на рабочей подложке. Процесс может включать в себя формирование первого слоя биологически совместимого материала на жертвенном слое. Процесс может включать в себя обеспечение модуля электроники на первом слое биологически совместимого материала. Процесс может включать в себя формирование второго слоя биологически совместимого материала для покрытия модуля электроники. Процесс может включать в себя совместный отжиг первого и второго слоев биологически совместимого материала с формированием инкапсулированной структуры. Инкапсулированная структура может включать в себя модуль электроники, полностью заключенный в пределах биологически совместимого материала.
[0008] Эти, а также другие аспекты, преимущества и альтернативы станут очевидны для средних специалистов в области техники при прочтении последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи в соответствующих случаях.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг. 1 - блок-схема иллюстративной системы, которая включает в себя устанавливаемое на глазу устройство, имеющее беспроводную связь с внешним средством считывания.
[0010] Фиг. 2A - вид снизу иллюстративного устанавливаемого на глазу устройства.
[0011] Фиг. 2B - вид сбоку иллюстративного устанавливаемого на глазу устройства, показанного на фиг. 2A.
[0012] Фиг. 2C - вид сбоку поперечного сечения иллюстративного устанавливаемого на глазу устройства, показанного на фиг. 2А и 2B, когда оно установлено на роговичной поверхности глаза.
[0013] Фиг. 2D - вид сбоку поперечного сечения, увеличенного для показа слоев слезной пленки, окружающих поверхности иллюстративного устанавливаемого на глазу устройства, когда оно установлено, как показано на фиг. 2C.
[0014] Фиг. 3 - функциональная блок-схема иллюстративной системы для электрохимического измерения концентрации аналита в слезной пленке.
[0015] Фиг. 4A - блок-схема иллюстративного процесса для управления амперометрическим датчиком в устанавливаемом на глазу устройстве для измерения концентрации аналита в слезной пленке.
[0016] Фиг. 4B - блок-схема иллюстративного процесса для работы внешнего средства считывания для опроса амперометрического датчика в устанавливаемом на глазу устройстве для измерения концентрации аналита в слезной пленке.
[0017] Фиг. 5A-5H показывают стадии изготовления иллюстративной структуры, в которую инкапсулирован модуль электроники.
[0018] Фиг. 6A - блок-схема иллюстративного процесса для изготовления инкапсулированной структуры.
[0019] Фиг. 6B - блок-схема иллюстративного процесса для встраивания инкапсулированной структуры в устанавливаемое на глазу устройство.
[0020] Фиг. 7 изображает машиночитаемый носитель, выполненный в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления.
Подробное описание
[0021] В последующем подробном описании делается ссылка на прилагаемые фигуры, которые являются его частью. На фигурах аналогичные символы обычно идентифицируют аналогичные компоненты, если контекст не предписывает иное. Иллюстративные варианты осуществления, описанные в подробном описании, на фигурах и в формуле изобретения, не предназначены для ограничения. Могут быть использованы другие варианты осуществления, и могут быть внесены другие изменения без отступления от объема представленного здесь объекта изобретения. Будет хорошо понятно, что аспекты настоящего раскрытия, в целом описанные здесь и проиллюстрированные на фигурах, могут быть размещены, заменены, объединены, разделены и разработаны в широком разнообразии различных конфигураций, все из которых явно подразумеваются здесь.
I. Обзор
[0022] Офтальмологическая сенсорная платформа или имплантируемая сенсорная платформа может включать в себя датчик, управляющую электронику и антенну, которые все расположены на подложке, встроенной в полимерный материал. Полимерный материал может быть включен в офтальмологическое устройство, такое как устанавливаемое на глазу устройство или имплантируемое медицинское устройство. Управляющая электроника может управлять датчиком для выполнения считывания показаний и может управлять антенной для беспроводной передачи считанных показаний от датчика к внешнему средству считывания через антенну.
[0023] В некоторых примерах полимерный материал может иметь форму круглой линзы с вогнутым искривлением, выполненным с возможностью установки на роговичной поверхности глаза. Подложка может быть встроена около периферии полимерного материала, чтобы избежать помех для падающего света, принимаемого ближе к центральной области роговицы. Датчик может быть размещен на подложке, обращенным внутрь к роговичной поверхности, так что формировать клинически значимые показания из области вблизи поверхности роговицы и/или из слезной жидкости, расположенной между контактной линзой и роговичной поверхностью. В некоторых примерах датчик полностью встроен в материал контактной линзы. Например, электрохимический датчик, который включает в себя рабочий электрод и электрод сравнения, может быть встроен в материал линзы и расположен таким образом, что электроды датчика отстоят менее чем на 10 микрометров от полимерной поверхности, выполненной с возможностью установки на роговице. Датчик может вырабатывать выходной сигнал, указывающий концентрацию аналита, который диффундирует через материал линзы к электродам датчика.
[0024] Офтальмологическая сенсорная платформа может снабжаться электропитанием с помощью излученной энергии, собранной на сенсорной платформе. Электропитание может быть обеспечено посредством возбуждаемых светом фотогальванических элементов, включенных в сенсорную платформу. Дополнительно или в качестве альтернативы, электропитание может быть обеспечено посредством радиочастотной энергии, собранной от антенны. Выпрямитель и/или регулятор могут быть включены в управляющую электронику для генерирования стабильного напряжения постоянного тока для обеспечения электропитанием сенсорной платформы из собранной энергии. Антенна может быть выполнена в виде рамки из проводящего материала с выводами, соединенными с управляющей электроникой. В некоторых вариантах осуществления такая рамочная антенна также может беспроводным образом передавать показания датчика внешнему средству считывания посредством изменения импеданса рамочной антенны, чтобы модифицировать обратное рассеянное излучение от антенны.
[0025] Слезная жидкость содержит множество неорганических электролитов (например, Ca2+, Mg2+, Cl-), органические компоненты (например, глюкозу, лактат, белки, липиды и т.д.) и т.д., которые могут использоваться для диагноза состояний здоровья. Офтальмологическая сенсорная платформа, выполненная с возможностью измерения одного или более этих аналитов, таким образом, может обеспечить удобную неинвазивную платформу, полезную при диагностике и/или отслеживании состояний здоровья. Например, офтальмологическая сенсорная платформа может быть выполнена с возможностью обнаружения глюкозы и может использоваться страдающими диабетом людьми для измерения/отслеживания их уровней глюкозы.
[0026] В некоторых вариантах осуществления настоящего раскрытия модуль электроники полностью инкапсулируется в биологически совместимый материал. Тогда инкапсулированный модуль электроники может использоваться в применениях, включающих в себя контакт с биологическими текучими средами, не вызывая ответа организма. Здесь также раскрыта иллюстративная методика для производства такого инкапсулированного модуля электроники. Модуль электроники может быть инкапсулирован посредством построения многослойной структуры, в которой внешние слои сформированы из биологически совместимого материала, а внутренний слой включает в себя модуль электроники. Как только многослойная структура собрана, соответствующие внешние слои из биологически совместимого материала могут быть совместно отожжены, чтобы запечатать края вокруг модуля электроники. В некоторых примерах многослойная структура может быть собрана на рабочей подложке, такой как кремниевая пластина или другая практически плоская поверхность, подходящая для использования в качестве микрообработанной подложки. Чтобы предотвратить прилипание между рабочей подложкой и биологически совместимым материалом во время процесса отжига, между рабочей подложкой и биологически совместимым материалом может быть вставлен жертвенный слой. Затем жертвенный слой может быть смыт, растворен или удален иным образом, чтобы высвободить многослойную структуру от рабочей подложки.
[0027] Описан иллюстративный процесс для изготовления такого инкапсулированного в биологически совместимый материал модуля электроники. Первый слой биологически совместимого материала формируют посредством напыления или другой технологии микрообработки. Затем на первом слое биологически совместимого материала обеспечивается модуль электроники. Затем по всей области, занятой модулем электроники, формируется второй слой биологически совместимого материала. После осаждения второго слоя модуль электроники находится между первым и вторым слоями биологически совместимого материала. Например, верх и низ модуля электроники могут быть покрыты первым и вторым слоями биологически совместимого материала соответственно. Первый и второй слои биологически совместимого материала осаждены с занятием большей области покрытия, чем модуль электроники, так что области, где второй слой биологически совместимого материала осажден непосредственно на первый слой биологически совместимого материала, окружают боковые края модуля электроники.
[0028] Первый и второй слои совместно отжигают посредством помещения всей многослойной структуры в печь, нагретую до температуры, достаточной для отжига биологически совместимого материала. После отжига области, где два слоя биологически совместимого материала непосредственно контактируют друг с другом, в том числе боковые края модуля электроники, запечатывают вместе посредством связывания отжигом. Электронные компоненты тем самым полностью инкапсулируются в биологически совместимом материале. В примере, в котором биологически совместимым материалом является парилен C (например, дихлорди-п-ксилилен), температура отжига может составлять между 150 и 200 градусами Цельсия.
[0029] В некоторых примерах слоистая структура разрабатывается на плоской рабочей подложке, такой как кремниевая пластина, и процесс отжига выполняется, пока слоистая структура находится на рабочей подложке. Кроме того, жертвенный слой может быть нанесен на рабочую подложку до осаждения первого слоя биологически совместимого материала. Жертвенный слой отделяет биологически совместимый материал от рабочей подложки и тем самым препятствует тому, чтобы биологически совместимый материал прилипал к рабочей подложке во время процесса отжига. Жертвенный слой может представлять собой фоторезист и/или не прилипающее покрытие, такое как силан, мыло и т.д. После процесса отжига жертвенный слой может быть растворен посредством смывания с помощью подходящего раствора, чтобы тем самым высвободить инкапсулированную в биологически совместимый материал электронику от рабочей подложки. Раствор для смывания может включать в себя ацетон, изопропиловый спирт и/или воду. Обычно раствор для смывания выбирается таким образом, чтобы растворить жертвенный слой, не затрагивая биологически совместимый материал.
[0030] В некоторых примерах слоистая структура разрабатывается на рабочей подложке, которая не покрыта жертвенным слоем. Например, первый слой биологически совместимого материала может быть нанесен непосредственно на рабочую подложку, такую как чистая кремниевая пластина. Электроника, которая будет инкапсулирована, затем может быть обеспечена на первом слое биологически совместимого материала, а второй слой биологически совместимого материала может быть сформирован на электронике. После отжига инкапсулированная в биологически совместимый материал электроника может быть отслоена от рабочей подложки. В некоторых примерах биологически совместимый материал может сформировать конформное покрытие вокруг рабочей подложки, например, когда слои биологически совместимого материала сформированы посредством процесса напыления. Инкапсулированная в биологически совместимый материал электроника может быть отслоена от рабочей подложки после того, как участки биологически совместимого материала, которые обернуты вокруг рабочей подложки, срезаются (например, посредством травления отожженных слоев биологически совместимого материала для создания структуры инкапсулированной электроники с желаемой формой).
[0031] В некоторых примерах слоистая структура может быть сформирована в желаемую форму после отжига. Например, когда слоистая структура разрабатывается на рабочей подложке, для травления слоистой структуры до промывки инкапсулированного модуля электроники от рабочей подложки может использоваться кислородная плазма. Например, слоистая структура может быть протравлена для создания кольцеобразной структуры, выполненной с возможностью быть встроенной вокруг периметра устанавливаемого на глазу устройства, сделанного из подходящего полимерного материала.
[0032] Модуль электроники может включать в себя систему сбора электропитания для сбора энергии из падающего излучения (например, радиочастотную антенну для индуктивного сбора энергии из падающего радиочастотного излучения и/или фотогальванический элемент для сбора энергии из падающего видимого, инфракрасного и/или ультрафиолетового света). Тем самым инкапсулированный модуль электроники может снабжаться электропитанием беспроводным образом.
[0033] В одном иллюстративном применении инкапсулированный биоинтерактивный модуль электроники встроен в устанавливаемое на глазу устройство. Устанавливаемое на глазу устройство выполнено с возможностью опираться на роговичную поверхность глаза. Устанавливаемое на глазу устройство может быть сформировано из полимерного материала, такого как гидрогельный материал, подобный тому, который применяется для офтальмологических контактных линз. Некоторые примеры биоинтерактивной электроники, которая может быть включена в устанавливаемое на глазу устройство, включают в себя биодатчики для отслеживания концентраций аналита слезной пленки и/или окулярные дисплеи для обеспечения владельца визуальными индикаторами. Таким образом, биоинтерактивная электроника может принимать информацию от владельца (например, биодатчик, который захватывает информацию о концентрации аналита) и/или подавать информацию владельцу (например, окулярный дисплей, который передает информацию владельцу). Биоинтерактивная электроника может снабжаться электропитанием посредством собранной энергии и может не включать в себя значительный встроенный источник электропитания и/или хранения электропитания. Например, биоинтерактивная электроника может снабжаться электропитанием через интегрированную антенну, выполненную с возможностью индуктивно собирать энергию из падающего радиочастотного излучения, и/или с помощью фотогальванического элемента выполненного с возможностью собирать энергию из падающего света. Биоинтерактивный модуль электроники инкапсулирован (запечатан) в биологически совместимый материал двумя слоями биологически совместимого материала, отожженными совместно, чтобы запечатать соответствующие накладывающиеся края. Биологически совместимый материал может быть сформирован в виде сглаженного кольца, расположенного вокруг периферии устанавливаемого на глазу устройства, чтобы избежать помех для светопропускания светочувствительного зрачка около центрального участка глаза, в то время как устанавливаемое на глазу устройство устанавливается на роговичной поверхности.
[0034] Таким образом, биоинтерактивный модуль электроники может представлять собой сенсорную платформу с датчиком, управляющей электроникой и антенной, которые все инкапсулированы в биологически совместимую подложку. При работе управляющая электроника управляет датчиком для выполнения считывания показаний и управляет антенной для беспроводной передачи считанных показаний от датчика к внешнему средству считывания через антенну. В примере, в котором датчик является электрохимическим датчиком, управляющая электроника может быть выполнена с возможностью прикладывать к электродам датчика рабочее напряжение, достаточное для выработки амперометрического тока, измерения этого амперометрического тока и использования антенны для передачи измеренного амперометрического тока внешнему средству считывания.
II. Иллюстративная офтальмологическая платформа электроники
[0035] Фиг. 1 является блок-схемой системы 100, которая включает в себя устанавливаемое на глазу устройство 110, имеющее беспроводную связь с внешним средством 180 считывания. Экспонируемые области устанавливаемого на глазу устройства 110 сделаны из полимерного материала 120, выполненного с возможностью установки в контакте с роговичной поверхностью глаза. Подложка 130 встроена в полимерный материал 120 для обеспечения поверхности установки для источника 140 электропитания, контроллера 150, биоинтерактивной электроники 160 и антенны 170 связи. Биоинтерактивная электроника 160 управляется контроллером 150. Источник 140 электропитания подает рабочие напряжения контроллеру 150 и/или биоинтерактивной электронике 160. Антенна 170 управляется контроллером 150 для передачи информации устанавливаемому на глазу устройству 110 и/или от него. Антенна 170, контроллер 150, источник 140 электропитания и биоинтерактивная электроника 160 все могут быть расположены на встроенной подложке 130. Поскольку устанавливаемое на глазу устройство 110 включает в себя электронику и выполнено с возможностью установки в контакте с глазом, оно также упоминается здесь как офтальмологическая платформа электроники.
[0036] Для обеспечения возможности установки в контакте полимерный материал 120 может иметь вогнутую поверхность, выполненную с возможностью прилипать («устанавливаться») к увлажненной роговичной поверхности (например, посредством капиллярных сил со слезной пленкой, покрывающей роговичную поверхность). Дополнительно или в качестве альтернативы, устанавливаемое на глазу устройство 110 может прилипать посредством вакуумной силы между роговичной поверхностью и полимерным материалом вследствие вогнутого искривления. В то время как вогнутая поверхность устанавливается к глазу, направленная наружу поверхность полимерного материала 120 может иметь выпуклое искривление, которое сформировано, чтобы не мешать движениям века, когда устанавливаемое на глазу устройство 110 установлено на глазу. Например, полимерный материал 120 может быть практически прозрачным искривленным полимерным диском, имеющим форму, аналогичную контактной линзе.
[0037] Полимерный материал 120 может включать в себя один или более биологически совместимых материалов, таких как применяемые в контактных линзах или в других офтальмологических применениях, предусматривающих прямой контакт с роговичной поверхностью. Полимерный материал 120 необязательно может быть сформирован частично из таких биологически совместимых материалов или может включать в себя внешнее покрытие посредством таких биологически совместимых материалов. Полимерный материал 120 может включать в себя материалы, выполненные с возможностью увлажнять роговичную поверхность, такие как гидрогели и т.п. В некоторых вариантах осуществления полимерный материал 120 может быть деформируемым («нежестким») материалом для увеличения комфорта владельца. В некоторых вариантах осуществления полимерному материалу 120 может быть придана форма для обеспечения эаданной корректирующей зрение оптической силы, как может быть обеспечено посредством контактной линзы.
[0038] Подложка 130 включает в себя одну или более поверхностей, подходящих для установки биоинтерактивной электроники 160, контроллера 150, источника 140 электропитания и антенны 170. Подложка 130 может применяться как в качестве установочной платформы для схемы на основе микросхемы (например, посредством монтажа методом перевернутого кристалла на контактные площадки), так и/или в качестве платформы для формирования рисунка из проводящих материалов (например, золота, платины, палладия, титана, меди, алюминия, серебра, металлов, других проводящих материалов, их комбинаций и т.д.) для создания электродов, межсоединений, контактных площадок, антенн и т.д. В некоторых вариантах осуществления на подложке 130 может быть сформирован рисунок из практически прозрачных проводящих материалов (например, оксида олова-индия) с формированием схемы, электродов и т.д. Например, антенна 170 может быть сформирована посредством формирования рисунка из золота или другого проводящего материала на подложке 130 осаждением, фотолитографией, нанесением гальванического покрытия и т.д. Аналогичным образом межсоединения 151, 157 между контроллером 150 и биоинтерактивной электроникой 160 и между контроллером 150 и антенной 170, соответственно, могут быть сформированы осаждением подходящих рисунков из проводящих материалов на подложке 130. Комбинация технологий микрообработки, в том числе, но без ограничения, использование фоторезистов, масок, методик осаждения и/или методик нанесения покрытий, может применяться для формирования рисунка из материалов на подложке 130. Подложка 130 может представлять собой относительно жесткий материал, такой как полиэтилентерефталат (ПЭТ) или другой материал, выполненный с возможностью структурно поддерживать схему и/или микросхемную электронику в пределах полимерного материала 120. Устанавливаемое на глазу устройство 110 в качестве альтернативы может быть выполнено с помощью группы не связанных подложек, а не единственной подложки. Например, контроллер 150 и биодатчик или другой биоинтерактивный электронный компонент могут быть установлены на одной подложке, в то время как антенна 170 установлена на другой подложке, и эти две подложки могут быть электрически соединены посредством межсоединений 157.
[0039] В некоторых вариантах осуществления биоинтерактивная электроника 160 (и подложка 130) может быть помещена вне центра устанавливаемого на глазу устройства 110, и тем самым предотвращается помеха для прохождения света к центральной светочувствительной области глаза. Например, когда устанавливаемому на глазу устройству 110 придана форма вогнутого искривленного диска, подложка 130 может быть встроена вокруг периферии (например, около внешней окружности) диска. Однако в некоторых вариантах осуществления биоинтерактивная электроника 160 (и подложка 130) может быть помещена в или около центральной области устанавливаемого на глазу устройства 110. Дополнительно или в качестве альтернативы, биоинтерактивная электроника 160 и/или подложка 130 могут быть практически прозрачными для поступающего видимого света, чтобы смягчить помеху для прохождения света к глазу. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления биоинтерактивная электроника 160 может включать в себя пиксельную матрицу 164, которая испускает и/или пропускает свет, который будет принят глазом, в соответствии с командами устройства отображения. Таким образом, биоинтерактивная электроника 160 необязательно может быть помещена в центр устанавливаемого на глазу устройства, так чтобы формировать заметные визуальные индикаторы владельцу устанавливаемого на глазу устройства 110, например, отображаемой информации (например, знаков, символов, мигающих рисунков и т.д.) на пиксельной матрице 164.
[0040] Подложке 130 может быть придана форма сглаженного кольца с радиальной размерностью по ширине, достаточной для обеспечения платформы для установки встроенных компонентов электроники. Подложка 130 может иметь толщину, достаточно небольшую, чтобы позволить подложке 130 быть встроенной в полимерный материал 120, не влияя на профиль устанавливаемого на глазу устройства 110. Подложка 130 может иметь толщину, достаточно большую, чтобы обеспечить структурную устойчивость, подходящую для поддержки электроники, установленной на ней. Например, подложке 130 может быть придана форма в виде кольца с диаметром около 10 миллиметров, радиальной шириной около 1 миллиметра (например, внешний радиус на 1 миллиметр больше, чем внутренний радиус) и толщиной около 50 микрометров. Подложка 130 необязательно может быть выровнена с искривлением устанавливаемой на глазу поверхности устанавливаемого на глазу устройства 110 (например, выпуклой поверхности). Например, подложке 130 может быть придана форма вдоль поверхности воображаемого конуса между двумя круговыми сегментами, которые определяют внутренний радиус и внешний радиус. В таком примере поверхность подложки 130 вдоль поверхности воображаемого конуса определяет наклонную поверхность, которая приблизительно выровнена с искривлением устанавливаемой на глазу поверхности при этом радиусе.
[0041] Источник 140 электропитания выполнен с возможностью собирать окружающую энергию для обеспечения электропитания контроллера 150 и биоинтерактивной электроники 160. Например, радиочастотная антенна 142 сбора энергии может захватывать энергию из падающего радиочастотного излучения. Дополнительно или в качестве альтернативы, солнечный элемент(ы) 144 («фотогальванические элементы») может захватывать энергию из поступающего ультрафиолетового, видимого и/или инфракрасного излучения. Кроме того, может быть обеспечена инерционная система извлечения мощности для захвата энергии из окружающих вибраций. Антенна 142 сбора энергии необязательно может быть двухцелевой антенной, которая также используется для передачи информации внешнему средству 180 считывания. Таким образом, функции антенны 170 связи и антенны 142 сбора энергии могут быть достигнуты одной и той же физической антенной.
[0042] Выпрямитель/регулятор 146 может использоваться для преобразования захваченной энергии в стабильное напряжение 141 электропитания постоянного тока, которое подается на контроллер 150. Например, антенна 142 сбора энергии может принимать падающее радиочастотное излучение. Изменение электрических сигналов на выводах антенны 142 выдается выпрямителю/регулятору 146. Выпрямитель/регулятор 146 выпрямляет переменные электрические сигналы в напряжение постоянного тока и регулирует выпрямленное напряжение постоянного тока до уровня, подходящего для работы контроллера 150. Дополнительно или в качестве альтернативы выходное напряжение от солнечного элемента(ов) 144 может быть отрегулировано до уровня, подходящего для работы контроллера 150. Выпрямитель/регулятор 146 может включать в себя одно или более устройств накопления энергии для смягчения высокочастотных изменений в антенне 142 сбора окружающей энергии и/или в солнечном элементе(ах) 144. Например, одно или более устройств накопления энергии (например, конденсатор, катушка индуктивности и т.д.) могут быть соединены параллельно через выходы выпрямителя 146 для регулировки напряжения 141 электропитания постоянного тока и выполнены с возможностью функционировать как низкочастотный фильтр.
[0043] Контроллер 150 включается, когда напряжение 141 электропитания постоянного тока подается на контроллер 150, а логическая схема в контроллере 150 управляет биоинтерактивной электроникой 160 и антенной 170. Контроллер 150 может включать в себя логическую схему, выполненную с возможностью управлять биоинтерактивной электроникой 160 для взаимодействия с биологической средой устанавливаемого на глазу устройства 110. Взаимодействие может предусматривать использование одного или более компонентов, таких как биодатчик 162 аналита, в биоинтерактивной электронике 160 для получения входного сигнала из биологической окружающей среды. Дополнительно или в качестве альтернативы, взаимодействие может предусматривать использование одного или более компонентов, таких как пиксельная матрица 164, для обеспечения выходного сигнала для биологической окружающей среды.
[0044] В одном примере контроллер 150 включает в себя модуль 152 интерфейса датчика, который выполнен с возможностью управлять биодатчиком 162 аналита. Биодатчик 162 аналита, например, может быть амперометрическим электрохимическим датчиком, который включает в себя рабочий электрод и электрод сравнения. Напряжение может быть приложено между рабочим электродом и электродом сравнения, чтобы подвергнуть аналит электрохимической реакции (например, реакции восстановления и/или окисления) на рабочем электроде. Электрохимическая реакция может генерировать амперометрический ток, который может быть измерен с помощью рабочего электрода. Амперометрический ток может зависеть от концентрации аналита. Таким образом, величина амперометрического тока, который измерен с помощью рабочего электрода, может обеспечить показатель концентрации аналита. В некоторых вариантах осуществления модуль 152 интерфейса датчика может быть регулятором напряжения, выполненным с возможностью прикладывать разность потенциалов между рабочим электродом и электродом сравнения, одновременно измеряя ток через рабочий электрод.
[0045] В некоторых примерах также может быть обеспечен реактив, чтобы сделать электрохимический датчик чувствительным к одному или более желаемым аналитам. Например, слой глюкозооксидазы (GOD) вблизи рабочего электрода может катализировать окисление глюкозы, чтобы генерировать перекись водорода (H2O2). Перекись водорода затем может быть электролитически окислена на рабочем электроде, что высвобождает электроны к рабочему электроду, давая в результате амперометрический ток, который может быть измерен с помощью рабочего электрода.
глюкоза + O2
H2O2 + глюконолактон
H2O2 → 2H++O2+2e-
[0046] Ток, cгенерированный реакциями или восстановления, или окисления, приблизительно пропорционален скорости реакции. Дополнительно, скорость реакции зависит от частоты молекул аналита, достигающих электродов электрохимического датчика, чтобы подпитывать реакции восстановления или окисления, либо непосредственно, либо каталитически с помощью реактива. В устойчивом состоянии, когда молекулы аналита диффундируют к электродам электрохимического датчика из области образца с приблизительно одинаковой частотой, эти дополнительные молекулы аналита диффундируют в область образца из окружающих областей, при этом скорость реакции приблизительно пропорциональна концентрации молекул аналита. Таким образом, ток, измеренный с помощью рабочего электрода, обеспечивает показатель концентрации аналита.
[0047] Контроллер 150 необязательно может включать в себя модуль 154 формирователя сигналов управления дисплеем для управления пиксельной матрицей 164. Пиксельная матрица 164 может быть массивом отдельно программируемых пропускающих свет, отражающих свет и/или излучающих свет пикселей, размещенных в строках и столбцах. Схемы отдельных пикселей необязательно могут включать в себя жидкокристаллические технологии, микроэлектромеханические технологии, технологии излучающих диодов и т.д., чтобы выборочно пропускать, отражать и/или излучать свет в соответствии с информацией от модуля 154 формирователя сигналов управления дисплеем. Такая пиксельная матрица 164 также может необязательно включать в себя больше чем один цвет пикселей (например, красных, зеленых и синих пикселей) для воспроизведения визуального содержания в цвете. Модуль 154 формирователя сигналов управления дисплеем может включать в себя, например, одну или более линий данных, обеспечивающих запрограммированную информацию отдельно запрограммированным пикселям в пиксельной матрице 164, и одну или более линий адресации для установки групп пикселей для приема такой запрограммированной информации. Такая пиксельная матрица 164, расположенная на глазу, также может включать в себя одну или более линз для направления света от пиксельной матрицы в фокальную плоскость, воспринимаемую глазом.
[0048] Контроллер 150 также может включать в себя схему 156 связи для отправки и/или приема информации через антенну 170. Схема 156 связи необязательно может включать в себя один или более генераторов колебаний, микшеров, частотных инжекторов и т.д. для модуляции и/или демодуляции информации на несущей частоте, которая будет передана и/или принята антенной 170. В некоторых примерах устанавливаемое на глазу устройство 110 выполнено с возможностью указывать выходной сигнал от биодатчика посредством модуляции импеданса антенны 170 таким образом, который может быть воспринят внешним средством 180 считывания. Например, схема 156 связи может вызвать изменения амплитуды, фазы и/или частоты обратного рассеянного излучения от антенны 170, и такие изменения могут быть обнаружены средством 180 считывания.
[0049] Контроллер 150 соединен с биоинтерактивной электроникой 160 через межсоединения 151. Например, когда контроллер 150 включает в себя логические элементы, реализованные в интегральной схеме с формированием модуля 152 интерфейса датчика и/или модуля 154 формирователя сигналов управления дисплеем, проводящий материал (например, золото, платина, палладий, титан, медь, алюминий, серебро, металлы, их комбинации и т.д.) cо сформированным рисунком может соединить вывод на микросхеме с биоинтерактивной электроникой 160. Аналогичным образом контроллер 150 соединен с антенной 170 через межсоединения 157.
[0050] Следует отметить, что блок-схема, показанная на фиг. 1, описана в связи с функциональными модулями для удобства описания. Однако варианты осуществления устанавливаемого на глазу устройства 110 могут быть выполнены с помощью одного или более функциональных модулей («подсистем»), реализованных в однокристальной схеме, интегральной схеме и/или физическом компоненте. Например, в то время как выпрямитель/регулятор 146 проиллюстрирован в блоке 140 источника электропитания, выпрямитель/регулятор 146 может быть реализован в микросхеме, которая также включает в себя логические элементы контроллера 150 и/или другие функциональные возможности встроенной электроники в устанавливаемом на глазу устройстве 110. Таким образом, напряжение 141 питания постоянного тока, которое подается на контроллер 150 от источника электропитания 140, может быть напряжением питания, которое подается компонентам на микросхеме посредством компонентов выпрямителя и/или регулятора, расположенных на той же самой микросхеме. Таким образом, функциональные блоки на фиг. 1, показанные как блок 140 источника питания и блок 150 контроллера, не обязательно должны быть реализованы как физически разделенные модули. Кроме того, один или более функциональных модулей, описанных на фиг. 1, могут быть реализованы посредством микросхем с раздельными корпусами, электрически соединенных друг с другом.
[0051] Дополнительно или в качестве альтернативы, антенна 142 сбора энергии и антенна 170 связи могут быть реализованы посредством одной и той же физической антенны. Например, рамочная антенна может как собирать падающее излучение для выработки электроэнергии, так и передавать информацию через обратное рассеянное излучение.
[0052] Внешнее средство 180 считывания включает в себя антенну 188 (или группу более чем из одной антенны) для отправки и приема беспроводных сигналов 171 к устанавливаемому на глазу устройству 110 и от него. Внешнее средство 180 считывания также включает в себя вычислительную систему с процессором 186, взаимодействующим с памятью 182. Память 182 является непереходным машиночитаемым носителем, который может включать в себя, без ограничения, магнитные диски, оптические диски, органическую память и/или любую другую энергозависимую (например, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ; RAM)) или энергонезависимую (например, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; ROM)) систему хранения, читаемую процессором 186. Память 182 может включать в себя хранилище 183 данных для хранения показателей таких данных, как показания датчиков (например, от биодатчика 162 аналита), настройки программ (например, для регулирования поведения устанавливаемого на глазу устройства 110 и/или внешнего средства 180 считывания) и т.д. Память 182 также может включать в себя программные команды 184 для исполнения посредством процессора 186, чтобы заставить внешнее средство 180 считывания выполнять процессы, определенные командами 184. Например, программные команды 184 могут заставить внешнее средство 180 считывания обеспечить пользовательский интерфейс, который дает возможность извлечения информации, переданной от устанавливаемого на глазу устройства 110 (например, выходные сигналы датчика от биодатчика 162 аналита). Внешнее средство 180 считывания также может включать в себя один или более аппаратных компонентов для управления антенной 188 для отправки и приема беспроводных сигналов 171 к устанавливаемому на глазу устройству 110 и от него. Например, генераторы колебаний, частотные инжекторы, кодеры, декодеры, усилители, фильтры и т.д. могут управлять антенной 188 в соответствии с командами от процессора 186.
[0053] Внешнее средство 180 считывания может представлять собой смартфон, цифровой помощник или другое переносное вычислительное устройство с беспроводным подключением, достаточным для обеспечения линии 171 беспроводной связи. Внешнее средство 180 считывания также может быть реализовано в виде антенного модуля, который может быть подключен к переносному вычислительному устройству, как в примере, в котором линия 171 связи работает на несущих частотах, обычно не применяемых в переносных вычислительных устройствах. В некоторых примерах внешнее средство 180 считывания является устройством специального назначения, выполненным с возможностью носить его относительно близко от глаза владельца, чтобы позволить каналу 171 беспроводной связи работать с низким расходом мощности. Например, внешнее средство 180 считывания может быть интегрировано в часть ювелирного украшения, такого как ожерелье, серьги и т.д., или интегрировано в предмет одежды, носимый около головы, такой как шляпа, головная повязка и т.д.
[0054] В примере, в котором устанавливаемое на глазу устройство 110 включает в себя биодатчик 162 аналита, система 100 может быть выполнена с возможностью отслеживать концентрацию аналита в слезной пленке на поверхности глаза. Таким образом, устанавливаемое на глазу устройство 110 может быть выполнено в виде платформы для офтальмологического биодатчика аналита. Слезная пленка представляет собой водный слой, выделяемый из слезной железы, чтобы покрывать глаз. Слезная пленка находится в контакте с системой кровоснабжения через капилляры в структуре глаза и содержит много биомаркеров, находящихся в крови, которые анализируются для характеристики состояния(ий) здоровья человека. Например, слезная пленка содержит глюкозу, кальций, натрий, холестерин, калий, другие биомаркеры и т.д. Концентрации биомаркеров в слезной пленке могут систематически отличаться от соответствующих концентраций биомаркеров в крови, но может быть установлено соотношение между этими двумя уровнями концентрации для преобразования величин концентрации биомаркеров в слезной пленке в уровни концентрации в крови. Например, концентрация глюкозы в слезной пленке может быть установлена (например, определена опытным путем) как приблизительно одна десятая от соответствующей концентрация глюкозы в крови. Хотя могут использоваться другие пропорциональные или непропорциональные соотношения. Таким образом, измерение уровней концентрации аналита в слезной пленке обеспечивает неинвазивную методику для отслеживания уровней биомаркеров по сравнению с методиками взятия образца крови, выполняемыми посредством забора объема крови для анализа вне тела человека. Кроме того, раскрытая здесь офтальмологическая платформа биодатчика аналита может работать практически непрерывно, чтобы обеспечить возможность отслеживания концентраций аналита в реальном времени.
[0055] Для выполнения считывания показаний с помощью системы 100, выполненной в виде монитора аналита в слезной пленке, внешнее средство 180 считывания может испускать радиочастотное излучение 171, которое собирается для обеспечения электропитанием устанавливаемого на глазу устройства 110 с помощью источника 140 электропитания. Радиочастотные электрические сигналы, захваченные антенной 142 сбора энергии 142 (и/или антенной 170 связи), выпрямляются/регулируются в выпрямителе/регуляторе 146, и отрегулированное напряжение 147 питания постоянного тока подается на контроллер 150. Радиочастотное излучение 171, таким образом, включает электронные компоненты в устанавливаемом на глазу устройстве 110. После включения контроллер 150 управляет биодатчиком 162 аналита для измерения уровня концентрации аналита. Например, модуль 152 интерфейса датчика может приложить напряжение между рабочим электродом и электродом сравнения в биодатчике 162 аналита. Приложенное напряжение может быть достаточным, чтобы заставить аналит быть подвергнутым электрохимической реакции на рабочем электроде и тем самым сгенерировать амперометрический ток, который может быть измерен с помощью рабочего электрода. Измеренный амперометрический ток может обеспечить показание датчика («результат»), являющееся показателем концентрации аналита. Контроллер 150 может управлять антенной 170 для передачи показания датчика обратно внешнему средству 180 считывания (например, через схему 156 связи). Показание датчика может быть передано, например, посредством модуляции импеданса антенны 170 связи таким образом, что модуляция импеданса обнаруживается внешним средством 180 считывания. Модуляция импеданса антенны может быть обнаружена, например, посредством обратного рассеянного излучения от антенны 170.
[0056] В некоторых вариантах осуществления система 100 может работать с не непрерывной («периодической») подачей энергии устанавливаемому на глазу устройству 110 для электропитания контроллера 150 и электроники 160. Например, для обеспечения электропитанием устанавливаемого на глазу устройства 110 радиочастотное излучение 171 может подаваться достаточно долго, чтобы выполнить измерение концентрации аналита в слезной пленке и передать результаты. Например, подаваемое радиочастотное излучение может обеспечить достаточную мощность для приложения потенциала между рабочим электродом и электродом сравнения, чтобы вызвать электрохимические реакции на рабочем электроде, измерить полученный в результате амперометрический ток и модулировать импеданс антенны для регулировки обратного рассеянного излучения способом, являющимся показателем измеренного амперометрического тока. В таком примере подаваемое радиочастотное излучение 171 может рассматриваться как сигнал запроса от внешнего средства 180 считывания к устанавливаемому на глазу устройству 110 для запроса измерения. Периодически опрашивая устанавливаемое на глазу устройство 110 (например, посредством подачи радиочастотного излучения 171, чтобы временно включить устройство) и сохраняя результаты датчика (например, через хранилище 183 данных), внешнее средство 180 считывания может накапливать набор измерений концентрации аналита в течение времени без непрерывного обеспечения электропитанием устанавливаемого на глазу устройства 110.
[0057] Фиг. 2A является видом снизу иллюстративного устанавливаемого на глазу электронного устройства 210 (или офтальмологической платформы электроники). Фиг. 2B является видом сбоку иллюстративного устанавливаемого на глазу электронного устройства, показанного на фиг. 2A. Следует отметить, что относительные размеры на фиг. 2А и 2B не обязательно масштабированы, а воспроизведены только в целях объяснения в описании структуры иллюстративного устанавливаемого на глазу электронного устройства 210. Устанавливаемое на глазу устройство 210 сформировано из полимерного материала 220, которому придана форма в виде искривленного диска. Полимерный материал 220 может быть практически прозрачным материалом, чтобы обеспечить возможность передачи падающего света к глазу, когда устанавливаемое на глазу устройство 210 установлено на глазу. Полимерный материал 220 может быть биологически совместимым материалом, подобным тем, которые применяют для формирования корректирующих зрение и/или косметических контактных линз в оптометрии, таким как полиэтилентерефталат («ПЭТ»), полиметилметакрилат («ПММА»), полигидроксиэтилметакрилат («полиГЭМА»), кремнийорганические гидрогели, их комбинации и т.д. Полимерный материал 220 может быть сформирован с одной стороной, имеющей вогнутую поверхность 226, подходящей для прилегания к роговичной поверхности глаза. Противоположная сторона диска может иметь выпуклую поверхность 224, которая не мешает движению век, когда устанавливаемое на глазу устройство 210 установлено на глазу. Круговой внешний край 228 соединяет вогнутую поверхность 224 и выпуклую поверхность 226.
[0058] Устанавливаемое на глазу устройство 210 может иметь размеры, аналогичные корректирующим зрение и/или косметическим контактным линзам, такие как диаметр приблизительно 1 сантиметр и толщину от около 0,1 до около 0,5 миллиметров. Однако значения диаметра и толщины представлены только в пояснительных целях. В некоторых вариантах осуществления размеры устанавливаемого на глазу устройства 210 могут быть выбраны в соответствии с размерами и/или формой роговичной поверхности глаза владельца.
[0059] Полимерный материал 220 может быть сформирован с искривленной формой множеством методов. Например, методики, подобные применяемым для формирования корректирующих зрение контактных линз, такие как термическое формование, инжекционное формование, центробежное литье и т.д., могут применяться для формирования полимерного материала 220. Когда устанавливаемое на глазу устройство 210 установлено на глазу, выпуклая поверхность 224 обращена наружу к окружающей среде, в то время как вогнутая поверхность 226 обращена вовнутрь к роговичной поверхности. Таким образом, выпуклая поверхность 224 может рассматриваться как внешняя, верхняя поверхностью устанавливаемого на глазу устройства 210, тогда как вогнутая поверхность 226 может рассматриваться как внутренняя, нижняя поверхность. Вид «снизу», показанный на фиг. 2A, обращен к вогнутой поверхности 226. На виде снизу, показанном на фиг. 2A, внешняя периферия 222 около внешней окружности искривленного диска выдается в направлении над страницей, тогда как центральная часть 221 около центра диска выдается в направлении под страницу.
[0060] Подложка 230 встроена в полимерный материал 220. Подложка 230 может быть встроена таким образом, что она расположена вдоль внешней периферии 222 полимерного материала 220, вне центральной области 221. Подложка 230 не мешает зрению, поскольку она находится слишком близко к глазу, чтобы находиться в фокусе, и помещена далеко от центральной области 221, в которой падающий свет проходит к светочувствительным участкам глаза. Кроме того, подложка 230 может быть сформирована из прозрачного материала, чтобы дополнительно смягчить влияние на визуальное восприятие.
[0061] Подложке 230 может быть придана форма в виде плоского кругового кольца (например, диска с отверстием в центре). Плоская поверхность подложки 230 (например, вдоль радиальной ширины) является платформой для установки электроники, такой как микросхемы (например, посредством монтажа методом перевернутого кристалла), и для формирования рисунка из проводящих материалов (например, с помощью технологий микрообработки, таких как фотолитография, осаждение, плакирование и т.д.), с формированием электродов, антенны (антенн) и/или межсоединений. Подложка 230 и полимерный материал 220 могут быть приблизительно цилиндрически симметричными относительно общей центральной оси. Например, подложка 230 может иметь диаметр около 10 миллиметров, радиальную ширину около 1 миллиметр (например, внешний радиус на 1 миллиметр больше, чем внутренний радиус) и толщину около 50 микрометров. Однако эти размеры обеспечены только для демонстрационных целей и никоим образом не ограничивают настоящее раскрытие. Подложка 230 может быть реализована во множестве разных форм-факторов, аналогичных обсуждению подложки 130 в связи с описанной выше фиг. 1.
[0062] Рамочная антенна 270, контроллер 250 и биоинтерактивная электроника 260 расположены на встроенной подложке 230. Контроллер 250 может быть микросхемой, включающей в себя логические элементы, выполненные с возможностью управлять биоинтерактивной электроникой 260 и рамочной антенной 270. Контроллер 250 электрически соединен с рамочной антенной 270 посредством межсоединений 257, также расположенных на подложке 230. Аналогичным образом контроллер 250 электрически соединен с биоинтерактивной электроникой 260 межсоединения 251. Межсоединения 251, 257, рамочная антенна 270 и любые проводящие электроды (например, для электрохимического биодатчика аналита и т.д.) могут быть сформированы из проводящих материалов, рисунок из которых сформирован на подложке 230 посредством процесса для точного формирования рисунков из таких материалов, такого как осаждение, фотолитография и т.д. Проводящими материалами, сформированными рисунком на подложке 230, могут быть, например, золото, платина, палладий, титан, углерод, алюминий, медь, серебро, хлорид серебра, сформированные из благородных материалов, металлов провода, их комбинаций и т.д.
[0063] Как показано на фиг. 2A, которая является изображением, обращенным к вогнутой поверхности 226 устанавливаемого на глазу устройства 210, биоинтерактивный модуль 260 электроники установлен на стороне подложки 230, обращенной к вогнутой поверхности 226. Когда биоинтерактивный модуль 260 электроники включает в себя биодатчик аналита, например, установка такого биодатчика на подложке 230 близко к вогнутой поверхности 226 позволяет биодатчику воспринимать концентрации аналита в слезной пленке около поверхности глаза. Однако электроника, электроды и т.д., расположенные на подложке 230, могут быть установлены либо на обращенной «наружу» стороне (например, расположены наиболее близко к вогнутой поверхности 226), либо на обращенной «внутрь» стороне (например, расположены наиболее близко к выпуклой поверхности 224). Кроме того, в некоторых вариантах осуществления некоторые электронные компоненты могут быть установлены на одной стороне подложки 230, в то время как другие электронные компоненты установлены на противоположной стороне, и соединения между этими двумя сторонами могут быть сделаны с помощью проводящих материалов, проходящих через подложку 230.
[0064] Рамочная антенна 270 является слоем проводящего материала, сформированного рисунком вдоль плоской поверхности подложки с формированием плоского проводящего кольца. В некоторых примерах рамочная антенна 270 может быть сформирована без образования полной рамки. Например, антенна 270 может иметь очертание, чтобы обеспечить пространство для контроллера 250 и биоинтерактивной электроники 260, как проиллюстрировано на фиг. 2A. Однако рамочная антенна 270 также может быть выполнена в виде непрерывной полосы проводящего материала, который полностью огибает плоскую поверхность подложки 230 один или более раз. Например, полоса из проводящего материала со множественными обмотками может быть сформирована рисунком на стороне подложки 230, противоположной контроллеру 250 и биоинтерактивной электронике 260. Межсоединения между концами такой витой антенны (например, антенные выводы) тогда могут проходить через подложку 230 к контроллеру 250.
[0065] Фиг. 2C является боковым поперечным сечением иллюстративного устанавливаемого на глазу электронного устройства 210, когда оно установлено на роговичной поверхности 22 глаза 10. Фиг. 2D является увеличенным боковым поперечным сечением, расширенным, чтобы показать слои слезной пленки 40, 42, окружающие наружные поверхности 224, 226 иллюстративного устанавливаемого на глазу устройства 210. Следует отметить, что относительные размеры на фиг. 2C и 2D не обязательно являются масштабированными, а воспроизведены только для целей объяснения в описании компоновки иллюстративного устанавливаемого на глазу электронного устройства 210. Например, полная толщина устанавливаемого на глаз устройства может составлять около 200 микрометров, в то время как толщина каждого из слоев 40, 42 слезной пленки может составлять около 10 микрометров, хотя это соотношение может быть не отражено на чертежах. Некоторые аспекты преувеличены, чтобы обеспечить возможность иллюстрации и облегчить объяснение.
[0066] Глаз 10 включает в себя роговицу 20, которая закрывается посредством сведения вместе верхнего века 30 и нижнего века 32 поверх глаза 10. Падающий свет принимается глазом 10 через роговицу 20, когда свет оптически направлен к светочувствительным элементам глаза 10 (например, палочкам и колбочкам и т.д.), чтобы стимулировать визуальное восприятие. Движение век 30, 32 распределяет слезную пленку по наружной роговичной поверхности 22 глаза 10. Слезная пленка представляет собой водный раствор, выделяемый слезной железой, для защиты и смазки глаза 10. Когда устанавливаемое на глазу устройство 210 установлено на глазу 10, слезная пленка покрывает как вогнутую, так и выпуклую поверхности 224, 226 внутренним слоем 40 (вдоль вогнутой поверхности 226) и внешним слоем 42 (вдоль выпуклого слоя 224). Слои 40, 42 слезной пленки могут составлять около 10 микрометров по толщине и вместе составлять около 10 микролитров.
[0067] Слои 40, 42 слезной пленки распределяются по всей роговичной поверхности 22 и/или выпуклой поверхности 224 посредством движения век 30, 32. Например, веки 30, 32 поднимаются и опускаются, соответственно, чтобы распространить небольшой объем слезной пленки по роговичной поверхности 22 и/или выпуклой поверхности 224 устанавливаемого на глазу устройства 210. Слой 40 слезной пленки на роговичной поверхности 22 также обеспечивает возможность установки устанавливаемого на глазу устройства 210 посредством капиллярных сил между вогнутой поверхностью 226 и роговичной поверхностью 22. В некоторых вариантах осуществления устанавливаемое на глазу устройство 210 также может удерживаться на глазу частично посредством вакуумных сил у роговичной поверхности 22 благодаря вогнутому искривлению обращенной к глазу вогнутой поверхности 226.
[0068] Как показано на изображениях поперечного сечения на фиг. 2C и 2D, подложка 230 может быть наклонена таким образом, что плоские поверхности установки подложки 230 приблизительно параллельны смежному участку вогнутой поверхности 226. Как описано выше, подложка 230 представляет собой сглаженное кольцо с обращенной внутрь поверхностью 232 (ближе к вогнутой поверхности 226 полимерного материала 220) и обращенной наружу поверхностью 234 (ближе к выпуклой поверхности 224). Подложка 230 может иметь электронные компоненты и/или сформированные рисунком проводящие материалы, установленные на одной или на обеих поверхностях 232, 234 установки. Как показано на фиг. 2D, биоинтерактивная электроника 260, контроллер 250 и проводящее межсоединение 251 установлены на обращенной внутрь поверхности 232 таким образом, что биоинтерактивная электроника 260 находится относительно ближе к роговичной поверхности 22, чем если бы она была установлена на обращенной наружу поверхности 234.
III. Офтальмологический электрохимический датчик аналита
[0069] Фиг. 3 является функциональной блок-схемой системы 300 для электрохимического измерения концентрации аналита в слезной пленке. Система 300 включает в себя устанавливаемое на глазу устройство 310 со встроенными электронными компонентами, обеспечиваемыми электропитанием внешним средством 340 считывания. Устанавливаемое на глазу устройство 310 включает в себя антенну 312 для захвата радиочастотного излучения 341 от внешнего средства 340 считывания. Устанавливаемое на глазу устройство 310 включает в себя выпрямитель 314, накопитель 316 энергии и регулятор 318 для генерирования напряжений 330, 332 электропитания для работы встроенной электроники. Устанавливаемое на глазу устройство 310 включает в себя электрохимический датчик 320 с рабочим электродом 322 и электродом 323 сравнения, управляемыми интерфейсом 321 датчика. Устанавливаемое на глазу устройство 310 включает в себя аппаратную логическую схему 324 для передачи результатов от датчика 320 к внешнему средству 340 считывания посредством модуляции импеданса антенны 312. Для модуляции импеданса антенны в соответствии с командами от аппаратной логической схемы 324 может использоваться модулятор 325 импеданса (показанный символически как переключатель на фиг. 3). Аналогично устанавливаемым на глазу устройствам 110, 210, обсуждаемым выше в связи с фиг. 1 и 2, устанавливаемое на глазу устройство 310 может включать в себя подложку для установки, встроенную в пределах полимерного материала, выполненного с возможностью установки на глазу.
[0070] Электрохимический датчик 320 может быть расположен на поверхности установки такой подложки вблизи поверхности глаза (например, соответствующей биоинтерактивной электронике 260 на обращенной внутрь стороне 232 подложки 230) для измерения концентрации аналита в слое слезной пленки, размещенном между устанавливаемым на глазу устройством 310 и глазом (например, во внутреннем слое слезной пленки 40 между устанавливаемым на глазу устройством 210 и роговичной поверхностью 22). Однако в некоторых вариантах осуществления на поверхности установки такой подложки, удаленной от поверхности глаза (например, соответствующей обращенной наружу стороне 234 подложки 230) может быть расположен электрохимический датчик для измерения концентрации аналита в слое слезной пленки, покрывающем наружную поверхность устанавливаемого на глазу устройства 310 (например, во внешнем слое слезной пленки 42, размещенном между выпуклой поверхностью 224 полимерного материала 210 и атмосферой и/или закрытыми веками).
[0071] Со ссылкой на фиг. 3 электрохимический датчик 320 измеряет концентрацию аналита посредством приложения напряжения между электродами 322, 323, которое достаточно, чтобы заставить катализируемые реактивом продукты аналита электрохимически реагировать (например, в реакции восстановления и/или окисления) на рабочем электроде 322. Электрохимические реакции на рабочем электроде 322 генерируют амперометрический ток, который может быть измерен на рабочем электроде 322. Интерфейс 321 датчика, например, может прикладывать напряжение восстановления между рабочим электродом 322 и электродом 323 сравнения для восстановления продуктов от катализируемого реактивом аналита на рабочем электроде 322. Дополнительно или в качестве альтернативы, интерфейс 321 датчика может прикладывать напряжение окисления между рабочим электродом 322 и электродом 323 сравнения для окисления продуктов от катализируемого реактивом аналита на рабочем электроде 322. Интерфейс 321 датчика измеряет амперометрический ток и обеспечивает выходной сигнал аппаратной логической схеме 324. Интерфейс 321 датчика может включать в себя, например, регулятор напряжения, соединенный с обоими электродами 322, 323, для одновременного приложения напряжения между рабочим электродом 322 и электродом 323 сравнения и измерения полученного в результате амперометрического тока с помощью рабочего электрода 322.
[0072] Выпрямитель 314, накопитель 316 энергии и регулятор 318 напряжения работают для сбора энергии из принятого радиочастотного излучения 341. Радиочастотное излучение 341 вызывает радиочастотные электрические сигналы на выводах антенны 312. Выпрямитель 314 соединен с антенными выводами и преобразовывает радиочастотные электрические сигналы в напряжение постоянного тока. Накопитель 316 энергии (например, конденсатор) соединен через выход выпрямителя 314 для фильтрации высокочастотных компонентов напряжения постоянного тока. Регулятор 318 принимает отфильтрованное напряжение постоянного тока и выдает как дискретное напряжение 330 электропитания для управления аппаратной логической схемой 324, так и аналоговое напряжение 332 электропитания для управления электрохимическим датчиком 320. Например, аналоговое напряжение электропитания может быть напряжением, используемым интерфейсом 321 датчика для приложения напряжения между электродами 322, 323 датчика для генерации амперометрического тока. Дискретное напряжение 330 электропитания может быть напряжением, подходящим для возбуждения цифровой логической схемы, таким как приблизительно 1,2 В, приблизительно 3 В и т.д. Прием радиочастотного излучения 341 от средства 340 считывания (или другого источника, такого как окружающее излучение и т.д.) вызывает подачу напряжения 330, 332 электропитания на датчик 320 и аппаратную логическую схему 324. При обеспечении электропитанием датчик 320 и аппаратная логическая схема 324 выполнены с возможностью генерировать и измерять амперометрический ток и передавать результаты.
[0073] Результаты датчика могут быть переданы обратно средству 340 считывания через обратное рассеянное излучение 343 от антенны 312. Аппаратная логическая схема 324 принимает выходной ток от электрохимического датчика 320 и модулирует (325) импеданс антенны 312 в соответствии с амперометрическим током, измеренным датчиком 320. Импеданс антенны и/или изменение импеданса антенны обнаруживают внешним средством 340 считывания с помощью сигнала 343 обратного рассеяния. Внешнее средство 340 считывания может включать в себя внешний интерфейс 342 антенны и логические компоненты 344 для декодирования информации, указанной сигналом 343 обратного рассеяния, и обеспечения цифровых входных сигналов системе 346 обработки. Внешнее средство 340 считывания привязывает сигнал 343 обратного рассеяния к результату датчика (например, через систему 346 обработки в соответствии с предварительно запрограммированным отношением, привязывающим импеданс антенны 312 с выходным сигналом от датчика 320). Система 346 обработки затем может сохранить указанные результаты датчика (например, величины концентрации аналита слезной пленки) в локальной памяти и/или внешней памяти (например, посредством связи с внешней памятью через сеть).
[0074] В некоторых вариантах осуществления на единственной микросхеме могут быть реализованы («размещены в корпусе») один или более признаков, показанных в виде отдельных функциональных блоков. Например, устанавливаемое на глазу устройство 310 может быть реализовано с выпрямителем 314, накопителем 316 энергии, регулятором 318 напряжения, интерфейсом 321 датчика и аппаратной логической схемой 324, размещенными вместе в корпусе в единственной микросхеме или модуле контроллера. Такой контроллер может иметь межсоединения («выводы»), присоединенные к рамочной антенне 312 и электродам 322, 323 датчика. Такой контроллер предназначен для сбора энергии, принятой в рамочной антенне 312, приложения напряжения между электродами 322, 323, достаточного для выработки амперометрического тока, измерения амперометрического тока и указания измеренного тока через антенну 312 (например, через обратное рассеянное излучение 343).
[0075] Фиг. 4A является блок-схемой процесса 400 управления амперометрическим датчиком в устанавливаемом на глазу устройстве для измерения концентрации аналита в слезной пленке. Радиочастотное излучение принимается в антенне в устанавливаемом на глазу устройстве, включающем в себя встроенный электрохимический датчик (этап 402). Электрические сигналы вследствие принятого излучения выпрямляются и регулируются для обеспечения электропитанием электрохимического датчика и связанного контроллера (этап 404). Например, выпрямитель и/или регулятор могут быть соединены с антенными выводами для выдачи напряжения питания постоянного тока для обеспечения электропитанием электрохимического датчика и/или контроллера. Между рабочим электродом и электродом сравнения на электрохимическом датчике прикладывается напряжение, достаточное, чтобы вызвать электрохимические реакции на рабочем электроде (этап 406). Амперометрический ток измеряется с помощью рабочего электрода (этап 408). Например, регулятор напряжения может прикладывать напряжение между рабочим электродом и электродом сравнения, одновременно измеряя полученный в результате амперометрический ток с помощью рабочего электрода. Измеренный амперометрический ток беспроводным образом указывается с помощью антенны (этап 410). Например, можно манипулировать обратным рассеянным излучением, чтобы указать результат датчика посредством модуляции импеданса антенны.
[0076] Фиг. 4B является блок-схемой процесса 420 управления внешним средством считывания для опроса амперометрического датчика в устанавливаемом на глазу устройстве, чтобы измерить концентрацию аналита в слезной пленке. Радиочастотное излучение передается электрохимическому датчику, установленному на глазу, от внешнего средства считывания (этап 422). Переданное излучение достаточно для обеспечения электропитанием электрохимического датчика посредством энергии из излучения достаточно долго, чтобы выполнить измерение и передать результаты (этап 422). Например, радиочастотное излучение, используемое для обеспечения электропитанием электрохимического датчика, может быть аналогичным излучению 341, передаваемому от средства 340 считывания устанавливаемому на глазу устройству 310, описанному в связи с описанной выше фиг. 3. Внешнее средство считывания затем принимает обратное рассеянное излучение, указывающее измерение электрохимическим датчиком аналита (этап 424). Например, обратное рассеянное излучение может быть аналогичным сигналам 343 обратного рассеяния, отправленным от устанавливаемого на глазу устройства 310 средству 340 считывания, описанному в связи с описанной выше фиг. 3. Обратное рассеянное излучение, принятое во внешнем средстве считывания, затем привязывается к концентрации аналита в слезной пленке (этап 426). В некоторых примерах значения концентрации аналита могут быть сохранены в памяти внешнего средства считывания (например, в системе 346 обработки) и/или в соединенном с сетью хранилище данных.
[0077] Например, результат датчика (например, измеренный амперометрический ток) может быть закодирован в обратном рассеянном излучении посредством модуляции импеданса антенны обратного рассеяния. Внешнее средство считывания может обнаружить импеданс антенны и/или изменение импеданса антенны на основе сдвига частоты, амплитуды и/или фазы в обратном рассеянном излучении. Результат датчика затем может быть извлечен посредством привязки значения импеданса к результату датчика при инверсии подпрограммы кодирования, используемой в устанавливаемом на глазу устройстве. Таким образом, средство считывания может преобразовать обнаруженное значение импеданса антенны в значение амперометрического тока. Значение амперометрического тока приблизительно пропорционально концентрации аналита в слезной пленке с чувствительностью (например, масштабным коэффициентом), соотносящей амперометрический ток и соответствующую концентрацию аналита в слезной пленке. Значение чувствительности, например, может быть определено частично в соответствии с эмпирически полученными коэффициентами калибровки.
IV. Сборка иллюстративной биологически совместимой инкапсулированной структуры
[0078] Фиг. 5A-5H иллюстрируют этапы процесса инкапсуляции электроники в биологически совместимом материале. Иллюстрации, продемонстрированные на фиг. 5A-5H, в целом показаны в поперечных сечениях для иллюстрации последовательно формируемых слоев, разработанных для создания биологически совместимой структуры, которая инкапсулирует электронику. Слои могут быть разработаны посредством технологий микрообработки и/или производства, таких как, например, процессы нанесения гальванического покрытия, фотолитографии, осаждения и/или напыления и т.п. Различные материалы могут быть сформированы в соответствии с рисунками с использованием фоторезистов и/или масок для нанесения рисунка из материалов в конкретных компоновках, например, чтобы сформировать провода, электроды, контактные площадки и т.д. Кроме того, для нанесения на компоновки электродов металлического покрытия также могут применяться методики нанесения гальванического покрытия. Например, компоновка из проводящего материала, сформированная процессом осаждения и/или фотолитографии, может быть покрыта металлическим материалом с созданием проводящей структуры с желаемой толщиной. Однако размеры, включающие в себя относительную толщину разных слоев, проиллюстрированных и описанных в связи с фиг. 5A-5H, для создания инкапсулированной структуры электроники проиллюстрированы без масштабирования. Вместо этого, чертежи на фиг. 5A-5H схематично иллюстрируют порядок разных слоев только в целях объяснения.
[0079] Фиг. 5A иллюстрирует рабочую подложку 502, покрытую жертвенным слоем 510. Рабочая подложка 502 может представлять собой плоскую поверхность, используемую для сборки слоев инкапсулированной структуры электроники. Например, рабочая подложка 502 может быть пластиной (например, кремниевой пластиной), подобной тем, которые используются при изготовлении полупроводникового устройства и/или микроэлектронного устройства. Рабочая подложка 502 может представлять собой полупроводящий материал, размещенный в кристаллической структуре (например, кремний). Рабочая подложка 502 в целом может быть практически плоским материалом, подходящим для приема слоев материала посредством осаждения, фотолитографии и т.д. Например, рабочая подложка 502 может быть кремниевой пластиной с полированной поверхностью. Жертвенный слой 510 может представлять собой материал, который приклеивается к рабочей подложке 502 и обеспечивает поверхность, на которой может быть сформирована инкапсулированная структура электроники. Как обсуждается дополнительно ниже, во время производства инкапсулированной структуры электроники жертвенный слой 510 остается на месте, до тех пор, пока инкапсулированная структура электроники полностью не сформирована, и затем жертвенный слой 510 растворяется и/или смывается смывающим агентом для высвобождения инкапсулированной структуры электроники от рабочей подложки 502. Жертвенный слой 510, таким образом, временно прикрепляет инкапсулированную структуру электроники к рабочей подложке 502 во время сборки, но высвобождает завершенную инкапсулированную структуру электроники от рабочей подложки, как только она собрана.
[0080] В некоторых примерах жертвенный слой 510 может быть позитивным или негативным фоторезистом или не прилипающим покрытием. Жертвенный слой 510 может включать в себя, например, силан (например, SiH4), мыло и т.д. Жертвенный слой 510 может быть осажден на рабочую подложку практически с равномерной толщиной таким образом, что поверхность жертвенного слоя 510, противоположная рабочей подложке 502, формирует плоскую поверхность для разработки инкапсулированной структуры электроники.
[0081] Фиг. 5B иллюстрирует первый слой биологически совместимого материала 520, сформированный на жертвенном слое 510. Первый слой биологически совместимого материала 520 может быть сформирован посредством осаждения паровой фазы и может иметь толщину, например, от около 1 микрометра до около 20 микрометров. Первый слой биологически совместимого материала 520 формирует первую внешнюю поверхность инкапсулированной структуры электроники, как только структура полностью собрана и высвобождена от рабочей подложки 502.
[0082] Биологическая совместимость обычно относится к способности материала или устройства сосуществовать с биологическим хозяином. В частности, биологически совместимыми материалами обычно являются те, которые не вызывают ответ хозяина (например, иммунный ответ), который приводит к вредным влияниям либо на биологического хозяина, либо на материал. Биологически совместимые материалы, таким образом, используются в имплантируемых медицинских устройствах и/или в хирургическом инструментарии, поскольку такие материалы могут быть расположены в пределах тела, не вызывая токсичных или неблагоприятных влияний. Биологически совместимые материалы также используются в объектах, разработанных для контакта со слезной пленкой, покрывающей глаза, таких как материалы контактных линз. Биологически совместимый материал может быть полимерным материалом, включающим в себя парилен, такой как парилен C (например, дихлорди-п-ксилилен). Для формирования слоя биологически совместимого материала 520 также могут использоваться другие полимерные материалы, одни или в комбинации, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ), полидиметилсилоксан (ПДМС) и другие кремнийорганические эластомеры и т.д. При выборе для первого слоя 520 материала, который является биологически совместимым, внешняя часть инкапсулированной структуры электроники может существовать в пределах биологического хозяина. В дополнение к биологической совместимости первый слой биологически совместимого материала 520 может быть электрически изолирующим материалом, чтобы изолировать инкапсулированную электронику от окружающей среды (например, от токопроводящих частиц и/или текучих сред).
[0083] Кроме того, электроника, которая будет инкапсулирована, может быть собрана непосредственно на стороне первого слоя биологически совместимого материала 520, противоположного жертвенному слою 510 (т.е., на стороне биологически совместимого материала, которая открыта после формирования первого слоя биологически совместимого материала 520 на жертвенном слое 510). Таким образом, первый слой биологически совместимого материала 520 может быть подложкой для формирования электроники. Биологически совместимый материал, таким образом, может представлять собой материал с достаточной структурной жесткостью, который будет использоваться в качестве подложки для сборки электроники посредством технологий микрообработки, таких как фотолитография и т.д. Однако в некоторых вариантах осуществления между первым слоем биологически совместимого материала 520 и электроникой, которая будет инкапсулирована, может быть вставлена дополнительная подложка для сборки электроники. Однако общая толщина собранной структуры может быть уменьшена при использовании самого биологически совместимого материала (например, слоя 520) в качестве поверхности сборки электроники, и тем самым при избегании вставки дополнительного слоя в полностью собранную структуру.
[0084] Фиг. 5C иллюстрирует компоновку проводящего материала, сформированного рисунком на первом слое биологически совместимого материала 520 с формированием схемы электроники. Проводящий материал может быть металлом, таким как платина, серебро, золото, палладий, титан, медь, хром, никель, алюминий, другие металлы или проводящие материалы, их комбинации и т.д. Некоторые варианты осуществления могут применять практически прозрачный проводящий материал для по меньшей мере некоторой части схемы электроники (например, такой материал, как оксид олова-индия). Проводящий материал формируют рисунком для образования проводов, электродов, контактных площадок и т.д. для схемы встроенной электроники, созданной на слое биологически совместимого материала 520. Проводящий материал может быть сформирован рисунком фотолитографией, осаждением и/или нанесением гальванического покрытия и т.д. Рисунок затем может быть электрически соединен с дополнительными компонентами схемы, такими как микросхемы с созданием биоинтерактивного модуля электроники.
[0085] Например, рисунок из металла может быть сформирован для создания компонентов для схемы электрохимического биодатчика, снабжаемого электропитанием посредством собранной радиочастотной энергии, подобно вышеописанному в связи с фиг. 3 иллюстративному электрохимическому датчику. В таком примере рисунок из металла может быть сформирован для образования электродов 530 датчика, контактных площадок 538, 539 микросхемы, антенны 536 и межсоединений 532, 534. Электроды 530 датчика могут быть электродами для электрохимического датчика, например, подобными электродам 322, 323 датчика, обсуждаемого в связи с описанной выше фиг. 3. Электроды 530 датчика, например, могут включать в себя электрод сравнения и рабочий электрод, сформированные из проводящих материалов, таких как палладий, платина, титан, серебро, хлорид серебра, золото, алюминий, углерод, их комбинации и т.д. Электроды 530 датчика могут быть размещены во множестве форм-факторов, таких как параллельные полосы, концентрические кольца и т.д. Рабочий электрод 530 может представлять собой микроэлектрод и может иметь по меньшей мере один размер менее 25 микрометров. В одном примере электроды 530 датчика могут быть изготовлены посредством формирования рисунка фоторезиста с желаемой компоновкой и затем напыления металла для создания электродов 530 датчика в соответствии с рисунком фоторезиста.
[0086] Антенна 536 может представлять собой рамочную антенну, подходящую для приема радиочастотного излучения, собираемого для обеспечения источника электропитания для упомянутой электроники. Антенна 536, например, может быть контуром с радиусом приблизительно 5 миллиметров, которая является подходящей для размещения вокруг периметра устанавливаемого на глазу устройства, подобно антенне, проиллюстрированной и описанной в связи с описанными выше фиг. 2 и 3. В некоторых примерах антенна 536 и/или межсоединения 532, 534 могут быть сформирована из металла, отличающегося от металла, используемого в электродах 530 датчика (например, электроды 530 датчика могут быть сформированы из платины, а антенна 536 может быть сформирована из золота). Электроды 530 датчика, межсоединения 532, 534 и антенна 536 могут быть сформированы с толщиной, например, около 5 микрометров.
[0087] Межсоединения 532, 534 могут быть проводами, сформированными посредством фотолитографии, напыления и/или нанесения гальванического покрытия для соединения электродов 530 датчика с контактными площадками 539 микросхемы. Межсоединение 532 обеспечивает между электродами 530 датчика и электрическими компонентами в микросхеме 540 (которые показаны и описаны в связи с фигурой 5D) электрическое соединение с низким сопротивлением. Кроме того, хотя межсоединение 532 схематично показано как единственный провод, могут использоваться множественные межсоединения, чтобы соединить каждое из множества электродов датчика с электрическими компонентами в микросхеме 540 (например, компонентами, которые функционируют аналогично модулю 321 интерфейса датчика, проиллюстрированному и описанному в связи с описанной выше фиг. 3). Например, каждый из рабочего электрода и электрода сравнения может быть соединен отдельными проводами с регулятором напряжения, находящимся в корпусе микросхемы 540. Аналогичным образом межсоединение 534 обеспечивает между антенной 536 и контактной площадкой 538 микросхемы электрическое соединение с низким сопротивлением. Межсоединение 534 тем самым соединяет антенну сбора энергии и связи с электрическими компонентами в микросхеме 540 (например, компонентами, которые функционируют аналогично модулю 314 выпрямителя и логической схеме 324 связи, проиллюстрированным и описанным в связи с фиг. 3). В некоторых примерах множественные межсоединительные провода могут соединять выводы (например, концевые выводы) антенны 536 с компонентами, находящимися в корпусе микросхемы 540 (например, через соответствующие контактные площадки микросхемы).
[0088] Контактные площадки 538, 539 микросхемы могут быть сформированы посредством процесса, аналогичного вышеописанному в связи с межсоединениями 532, 534 и антенной 536. Таким образом, контактные площадки 538, 539 микросхемы могут быть нанесены процессом фотолитографии, а металл может быть нанесен напылением и/или нанесением гальванического покрытия металла с формированием контактных площадок 538, 539 микросхемы. Контактные площадки 538, 539 микросхемы обеспечивают для микросхемы 540, которая устанавливается методом перевернутого кристалла на площадки 538, 539, точку установки. Соответственно, рисунки для контактных площадок 538, 539 микросхемы могут быть сформированы, чтобы соответствовать выводам микросхемы 540. Таким образом, компоновка контактных площадок микросхемы может изменяться в зависимости от корпуса микросхемы (микросхем), используемой в инкапсулированной структуре электроники.
[0089] В некоторых примерах одна или более металлических структур, сформированных рисунком на первом слое биологически совместимого материала 520, может иметь многослойную компоновку, которая включает в себя затравочный слой (или слой прилипания), сформированный рисунком непосредственно на биологически совместимом материале 520. Такой затравочный слой может использоваться для прилипания и к биологически совместимому материалу, и к объему металлической структуры, рисунок которой сформирован на затравочном слое. Например, такой затравочный слой может быть материалом, который хорошо прилипает к биологически совместимому материалу, а также служит в качестве направляющей для гальванического нанесения оставшейся части металлической структуры.
[0090] Фиг. 5D иллюстрирует микросхему 540, установленную на контактных площадках 538, 539. Микросхема 540, например, может включать в себя одну или более интегральных схем (ИС) и/или один или более дискретных электронных компонентов. На контактные площадки 538, 539 накладывается анизотропный проводящий адгезив 542, чтобы облегчить электрическое и механическое соединение между контактными площадками 538, 539 и соответствующими электродами на микросхеме 540. Анизотропный проводящий адгезив 542 может включать в себя анизотропную проводящую пленку и/или анизотропную проводящую пасту, которая наносится на контактные площадки 538, 539 осаждением, литографией и т.д. Тогда микросхема 540 может быть смонтирована методом перевернутого кристалла на контактные площадки 538, 539, посредством размещения микросхемы 540 с ее выводами, выровненными по соответствующими контактными площадками (например, контактными площадками 538, 539). После выравнивания микросхема 540 может быть прижата к контактным площадкам 538, 539 для контакта с покрытием из анизотропного проводящего адгезива 542, который приклеивается к выводам на микросхеме 540. Анизотропный проводящий адгезив 542 механически приклеивает микросхему 540 к контактным площадкам 538, 539 микросхемы и электрически соединяет микросхему 540 с контактными площадками 538, 539 микросхемы (и, таким образом, с различными электрическими компонентами, соединенными посредством межсоединений 532, 534). В некоторых примерах микросхема 540 может быть установлена на контактных площадках 538, 539 микросхемы с использованием другого проводящего материала, такого как припой, припойная паста и/или проводящая эпоксидная смола, в дополнение или в качестве альтернативы к слою анизотропного проводящего адгезива 542.
[0091] В некоторых примерах контактные площадки 538, 539 могут включать в себя покрытие из припоя для облегчения электрической и механической установки микросхемы 540. Например, в то время как микросхема помещается над контактными площадками микросхемы, компоновка может быть нагрета, чтобы заставить припой растечься и приклеить выводы микросхемы. В некоторых примерах капиллярные силы расплавленного припоя могут использоваться для обеспечения заключительного точного выравнивания микросхемы 540. Такое покрытие из припоя может использоваться в дополнение или в качестве альтернативы к анизотропному проводящему адгезиву 542.
[0092] Хотя конкретно не показано на фиг. 5C и 5D, некоторые процессы изготовления могут включать в себя формирование слоя реактива над электродами 530 датчика. Слой реактива может включать в себя вещество, используемое для обеспечения чувствительности электродов датчика к конкретному аналиту. Например, слой, включающий в себя глюкозооксидазу, может быть нанесен на электроды 530 датчика для обнаружения глюкозы.
[0093] Фигура 5E иллюстрирует второй слой биологически совместимого материала 550, сформированного на собранной электронике (т.е., микросхеме 540 и сформированном рисунком проводящем материале, формирующем провода, электроды и т.д.). Второй слой биологически совместимого материала 550 функционирует аналогично первому слою биологически совместимого материала 520 для создания биологически совместимой внешней поверхности, а также электрической изоляции электроники от окружающей среды. Кроме того, второй слой биологически совместимого материала 550 структурно поддерживает собранную электронику и поддерживает различные компоненты на месте. Второй слой биологически совместимого материала 550 может стабилизировать микросхему 540 при окружении микросхемы 540 с заполнением промежутков, окружающих микросхему 540 (и тем самым предотвращать перемещение микросхемы). В некоторых примерах осаждение второго слоя биологически совместимого материала 550 имеет результатом конформное покрытие поверх собранной электроники, как схематично проиллюстрировано на фиг. 5E. Второй слой биологически совместимого материала 550 может иметь толщину, например, от около 1 микрометра до около 50 микрометров.
[0094] Второй слой биологически совместимого материала 550 может быть сформирован из того же самого или практически аналогичного первому слою биологически совместимого материала 520 или необязательно может быть другим полимерным материалом, который является биологически совместимым и электрически изолирующим.
[0095] Второй слой биологически совместимого материала 550 предпочтительно осаждают для создания сплошного слоя, который охватывает всю собранную электронику (т.е., микросхему 540 и сформированные рисунком проводящие материалы, формирующие провода, электроды и т.д.). Второй слой биологически совместимого материала 550 может перекрывать область, которая простирается вне отпечатка собранной электроники. В результате собранная электроника может быть окружена участками второго слоя биологически совместимого материала 550, которые покоятся непосредственно на первом слое биологически совместимого материала 520. Схематичная иллюстрация на фиг. 5E представляет такие боковые края посредством бокового края 552, который непосредственно контактирует с первым слоем биологически совместимого материала 520 на одной стороне электродов 530 датчика, и бокового края 554, который непосредственно контактирует с первым слоем биологически совместимого материала 520 на одной стороне антенны 536. Второй слой биологически совместимого материала 550 может быть практически непрерывным конформным покрытием поверх собранной электроники между двумя покрытиями 552, 554.
[0096] Фиг. 5F иллюстрирует запечатанный инкапсулирующий слой 560, сформированный посредством совместного отжига первого слоя 520 и второго слоя 550 из биологически совместимого материала. Два слоя 520, 550 могут быть совместно отожжены при размещении всей собранной структуры, включающей в себя рабочую подложку 502, в печи при температуре, достаточной для отжига биологически совместимого материала в первом и втором слоях 520, 550. Например, парилен C (например, дихлорди-п-ксилилен) может быть совместно отожжен при температуре приблизительно 150-200 градусов Цельсия. Другие биологически совместимые полимерные материалы (такие как ПЭТ, ПДМС и т.д.) могут потребовать более высоких или более низких температур отжига.
[0097] Процесс отжига вызывает перетекание и запечатывание вместе областей, в которых первый и второй слои находятся в непосредственном контакте, например, на боковых краях 552, 554. После охлаждения полученный в результате запечатанный инкапсулирующий слой 560 представляет собой сплошной слой биологически совместимого материала, который полностью инкапсулирует собранную электронику в своих пределах. В частности, после процесса отжига границы между первым и вторым слоями на боковых краях 552, 554 заменяются запечатанными областями 562, 564, в которых прежние края совместно отожжены для полного запечатывания электроники от окружающей среды.
[0098] Во время процесса отжига жертвенный слой 510 отделяет биологически совместимый материал (например, первый слой биологически совместимого материала 520) от рабочей подложки 502. Таким образом, жертвенный слой 510 может предотвращать прилипание биологически совместимого материала к рабочей подложке 502 во время процесса отжига.
[0099] В качестве альтернативы жертвенный слой 510 может быть исключен (например, когда первый слой биологически совместимого материала 520 сформирован непосредственно на рабочей подложке 502). Таким образом, запечатанный инкапсулирующий слой 560 может непосредственно контактировать с рабочей подложкой 502. В таком примере инкапсулированная структура электроники может быть отслоена от рабочей подложки 502 после процесса отжига. Инкапсулированная структура электроники также может быть вытравлена, чтобы удалить избыточный биологически совместимый материал, перед отслаиванием от структуры. Например, биологически совместимый материал может по меньшей мере частично охватывать рабочую подложку 502 либо во время процесса осаждения, либо во время процесса отжига, либо во время обоих процессов. Травление (например, с помощью кислородной плазмы) может использоваться для срезания участков биологически совместимого материала, которые охватывают рабочую подложку 502, а также может использоваться для создания желаемой формы для инкапсулированной структуры электроники. В некоторых примерах инкапсулированная структура электроники может быть отслоена от рабочей подложки 502 после такого процесса травления.
[00100] Фиг. 5G иллюстрирует примерный инкапсулирующий слой 560' с раскрытыми датчиками. Инкапсулирующий слой 560' с раскрытыми датчиками может быть сформирован посредством удаления области инкапсулирующего биологически совместимого материала для раскрытия электродов 530 датчика. Соответственно, инкапсулирующий слой 560' с раскрытыми датчиками включает в себя отверстие 562 в биологически совместимом материале на стороне, противоположной рабочей подложке 502 (например, на стороне инкапсулирующего биологически совместимого слоя, сформированного вторым слоем биологически совместимого материала 550). Отверстие 562 может быть сформировано посредством удаления области биологически совместимого материала, который покрывает электроды 530 датчика. Область биологически совместимого материала может быть удалена, например, посредством обработки области кислородной плазмой.
[00101] В некоторых вариантах осуществления отверстие 562, которое вскрывает электроды 530 датчика, формируется посредством удаления материала со стороны биологически совместимого материала, который используется для покрытия собранной электроники, а не со стороны биологически совместимого материала, который используется в качестве подложки, на которой электроника собирается. Таким образом, подложка, на которой собрана электроника (и, следовательно, подложка, на которую первоначально устанавливается электроника) может быть не затронута, при этом все еще обеспечивая возможность электродам 530 датчика быть раскрытыми через отверстие 562.
[00102] При работе отверстие 562 увеличивает чувствительность электрохимического датчика аналита, особенно для аналитов, которые не очень хорошо диффундируют через биологически совместимый материал. При использовании отверстия 562 концентрации аналита могут быть измерены на электродах 530 датчика без диффундирования через биологически совместимый материал. Таким образом, когда представляющий интерес аналит не очень хорошо диффундирует через слой биологически совместимого материала, отверстие 562 позволяет аналиту достичь электродов 530 датчика без прохождения через инкапсулирующий биологически совместимый материал.
[00103] Фиг. 5H иллюстрирует примерную высвобожденную инкапсулирующую структуру 570 электроники. Высвобожденная инкапсулированная структура 570 электроники высвобождается от рабочей подложки 502 посредством удаления жертвенного слоя 510. Например, если жертвенный слой является фоторезистом, фоторезист может быть смыт с помощью смывающего агента, такого как ацетон, изопропиловый спирт и т.д. Если жертвенный слой является мыльной пленкой, для смывания мыла и высвобождения инкапсулированной структуры 570 электроники может использоваться вода. Такой смывающий агент может быть предназначен для удаления жертвенного слоя 510 также без разрушения биологически совместимого материала.
[00104] Высвобожденная инкапсулированная структура 570 электроники подходит для того, чтобы быть включенной в биологическую среду, например, такого как в пределы устанавливаемого на глазу устройства или имплантируемого медицинского устройства. Благодаря инкапсулирующему биологически совместимому материалу, инкапсулированная электроника запечатана (герметизирована) от окружающей среды. Например, если структуру имплантируют биологическому хозяину или помещают в устанавливаемое на глазу устройство, которое будет подвержено воздействию слезной жидкости (например, аналогично подложке 230, обсуждаемой в связи с описанной выше фиг. 2), структура может быть подвержена воздействию жидких сред биологического хозяина (например, слезной жидкости, крови и т.д.), поскольку вся внешняя поверхность покрыта биологически совместимым материалом, у которого нет щелей или швов.
[00105] В некоторых примерах до высвобождения инкапсулированной структуры 570 электроники может быть выполнен дополнительный процесс травления. Например, избыточный биологически совместимый материал может быть срезан с инкапсулированной структуры посредством травления избыточного материала. Дополнительно или в качестве альтернативы, завершенная инкапсулированная структура может быть отделена от соседних инкапсулированных структур, собранных параллельно на той же самой рабочей подложке, посредством травления накладывающихся областей отожженного биологически совместимого материала, который соединяет соседние структуры. Процесс травления с помощью кислородной плазмы может использоваться для вырезания инкапсулированной структуры в желаемой форме до высвобождения инкапсулированной структуры. В некоторых примерах инкапсулирующий биологически совместимый материал может быть вытравлен, например, в форме сглаженного кольца подобно форме подложки 230, проиллюстрированной и описанной в связи с описанной выше фиг. 2.
[00106] В некоторых примерах травление, которое придает форму инкапсулированной структуры 570 в виде кольцеобразной структуры, также может использоваться для формирования отверстия 562 над электродами 530 датчика. Например, биологически совместимый материал может быть материалом, который легко удаляется кислородной плазмой. Затем, кислородная плазма может использоваться для формирования инкапсулирующей структуры 570 в желаемую форму, такую как кольцевая форма, посредством направления кислородной плазмы на участки из биологически совместимого материала. И наоборот, электроды 530 датчика могут быть сформированы из материала, который с трудом травится кислородной плазмой, так что электроды 530 датчика могут функционировать в качестве остановки травления. Для формирования отверстия 562 кислородная плазма может удалять биологически совместимый материал, покрывающий электроды 530 датчика, одновременно оставляя электроды 530 датчика практически нетронутыми.
[00107] Дополнительно или в качестве альтернативы, инкапсулированная структура 570 электроники может быть высвобождена от рабочей подложки 502 посредством отслаивания инкапсулированной структуры 570 электроники от рабочей подложки 502. Например, когда жертвенный слой 510 исключен, инкапсулированная структура 570 электроники может быть сформирована непосредственно на рабочей подложке 502. Инкапсулированная структура 570 электроники может быть вытравлена для создания кольцеобразной структуры (или другой желаемой формы для инкапсулированной структуры электроники), и затем инкапсулированная структура электроники может быть отслоена от рабочей подложки 502.
[00108] Описание на фиг. 5А-5H описывает один пример процесса сборки для создания инкапсулированной структуры электроники, подходящей для установки в устанавливаемое на глазу устройство. Например, виды разрезов, показанные на фиг. 5А-5H, могут представлять собой срез через сглаженное кольцо, аналогичное сглаженной кольцеобразной подложке 230, показанной и описанной в связи с описанной выше фиг. 2. В таких примерах инкапсулированная структура 570 электроники может быть установлена в пределах устанавливаемого на глазу устройства, например, в пределах полимерного материала (например, материала гидрогеля), сформированного для контактной установки на роговичной поверхности. Тогда электрохимический датчик может быть использован для измерения концентрации аналита в слезной пленке, которая поглощается в полимерный материал устанавливаемого на глазу устройства. Однако подобный процесс может применяться для создания биологически совместимой инкапсулированной электроники для других применений. Например, имплантируемые электронные медицинские устройства могут быть созданы посредством сборки электроники на первом слое биологически совместимого материала, поверх электроники может быть сформирован второй слой биологически совместимого материала, и эти два слоя могут быть совместно отожжены, чтобы полностью инкапсулировать электронику в пределах биологически совместимого материала. Такое имплантируемое электронное медицинское устройство может быть сформировано на рабочей подложке, покрытой жертвенным слоем, и может быть высвобождено от рабочей подложки посредством смывания жертвенного слоя. Такие имплантируемые электронные медицинские устройства могут включать в себя антенну для передачи информации (например, результатов датчика) и/или индуктивного сбора энергии (например, радиочастотного излучения). Имплантируемые электронные медицинские устройства также могут включать в себя электрохимические датчики, или они могут включать в себя другие электронные устройства.
[00109] Некоторые варианты осуществления настоящего раскрытия относятся к инкапсулированной структуре электроники, которая включает в себя электрохимический датчик. Например, соединенная с электродами датчика и антенной микросхема (например, микросхема 540, соединенная с электродами 530 датчика и антенной 536), может быть выполнена с возможностью прикладывать напряжение на все электроды датчика, измерять амперометрический ток с помощью рабочего электрода и беспроводным образом передавать измеренный амперометрический ток с помощью антенны. В некоторых примерах выделенный модуль, такой как интегральная схема с подходящей программной логикой, интерфейсами и т.д., собрана в однокристальной схеме (например, в микросхеме 540), однако вышеописанные функции могут быть выполнены любой комбинацией аппаратных средств и/или программно реализованных модулей. Таким образом, некоторые варианты осуществления настоящего раскрытия, которые относятся к электрохимическим датчикам, имеют отношение к инкапсулированной электронике, которая включает в себя антенну и контроллер, причем контроллер является модулем, выполненным с возможностью осуществления однойили более из вышеописанных функций.
[00110] Однако следует отметить, что настоящее раскрытие может включать в себя модули электроники, которые выполнены с возможностью выполнять функции в дополнение или в качестве альтернативы к вышеописанному. Например, инкапсулированный модуль электроники может включать в себя светочувствительный датчик, температурный датчик и/или другие датчики, полезные для обнаружения диагностической информации в офтальмологическом и/или имплантируемом применении. Например, инкапсулированный модуль электроники может получать показания температуры и затем передавать информацию о температуре или использовать информацию о температуре для модификации процедуры измерения с помощью электрохимического датчика. Кроме того, инкапсулированный модуль электроники может включать в себя комбинацию конденсаторов, переключателей и т.д., чтобы регулировать уровни напряжения и/или управлять соединениями с другими модулями электроники. Например, инкапсулированный модуль электроники может включать в себя конденсатор для регулирования подачи напряжения, сгенерированного посредством сбора энергии из антенны, аналогичный вышеописанному в связи фиг. 3 конденсатору 316. Таким образом, некоторые варианты осуществления инкапсулированного модуля электроники (например, контроллер и/или антенна) могут включать в себя множество конструкций-схем и других модификаций для достижения функций, желаемых для конкретной реализации.
[00111] Фиг. 6A является блок-схемой иллюстративного процесса 600 для производства инкапсулированного модуля электроники. На рабочей подложке формируют жертвенный слой (этап 602). Жертвенным слоем может быть фоторезист, силан, не прилипающее покрытие, такое как мыльная пленка, и т.д. На жертвенном слое формируют первый слой биологически совместимого материала (этап 604). Первый слой биологически совместимого материала может включать в себя полимерный материал, такой как парилен C (например, дихлорди-п-ксилилен), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полидиметилсилоксан (ПДМС), другие кремнийорганические эластомеры и/или другой биологически совместимый полимерный материал. Первый слой биологически совместимого материала может быть сформирован посредством технологии микрообработки, такой как осаждение и т.д. В некоторых примерах первый слой биологически совместимого материала формируют практически с равномерной толщиной, так что наружная сторона биологически совместимого материала (т.е. сторона, противоположная рабочей подложке) является практически плоской поверхностью, которая может использоваться в качестве подложки для сборки электроники.
[00112] На наружной стороне первого слоя биологически совместимого материала обеспечивают модуль электроники (этап 606). Модуль электроники может быть собран, как описано выше, например, в связи с фиг. 5C и 5D. Таким образом, первый слой биологически совместимого материала может использоваться в качестве подложки для сборки модуля электроники на нем. В качестве альтернативы, модуль электроники может быть помещен на первом слое биологически совместимого материала в полностью или частично собранном виде. Модуль электроники может включать в себя сформированный рисунок из металла, выполненный в виде проводов, электродов, контактных площадок, антенны (антенн) и т.д. Для формирования рисунка из металла в компоновке, подходящей для модуля электроники могут использоваться технологии микрообработки, такие как фотолитография, напыление, нанесение гальванического покрытия и т.д.. Модуль электроники также может включать в себя одну или более интегральных схем, которые могут быть установлены методом перевернутого кристалла. В некоторых примерах для электрического и механического соединения выводов корпусной интегральной схемы с соответствующими контактными площадками может использоваться анизотропный проводящий адгезив.
[00113] Поверх собранного модуля электроники формируется второй слой биологически совместимого материала (этап 608). Второй слой биологически совместимого материала может быть биологически совместимым полимерным материалом, который является таким же, как первый слой биологически совместимого материала. Второй слой может быть сформирован с помощью технологии микрообработки, такой как напыление, с созданием конформного слоя поверх собранной электроники, который перекрывает всю собранную электронику таким образом, что внешние края второго слоя биологически совместимого материала непосредственно контактируют с первым слоем биологически совместимого материала. Затем два слоя биологически совместимого материала могут быть совместно отожжены (этап 610). Процесс отжига может запечатать два слоя биологически совместимого материала вместе и тем самым инкапсулировать собранную электронику в пределах биологически совместимого материала.
[00114] В некоторых примерах первый слой биологически совместимого материала может быть сформирован непосредственно на рабочей подложке, а не на жертвенном слое. Например, слой материала, такого как парилен C, может быть сформирован непосредственно на чистой кремниевой пластине. Как только второй слой биологически совместимого материала отожжен с первым слоем, чтобы инкапсулировать модуль электроники, инкапсулированная структура может быть отслоена от рабочей подложки. Таким образом, жертвенный слой может быть исключен из процесса сборки. Т.е. в некоторых вариантах осуществления процесс 600, описанный в блок-схеме на фиг. 6A, может исключать этап 602.
[00115] Фиг. 6B является блок-схемой иллюстративного процесса 620 встраивания инкапсулированного модуля электроники в устанавливаемое на глазу устройство. Инкапсулированный модуль электроники может быть подвергнут травлению для удаления области биологически совместимого материала, и тем самым электроды датчика могут быть раскрыты (этап 622). Таким образом, этап 622 применяется к примерам, в которых инкапсулированная электроника включает в себя электрохимический датчик с электродами датчика, и может быть исключен, если инкапсулированная электроника включает в себя другую биоинтерактивную электронику. Область может быть удалена, например, посредством травления биологически совместимого материала с помощью кислородной плазмы. Область биологически совместимого материала, которая удаляется, может быть из слоя биологически совместимого материала, наложенного для покрытия собранной электроники (например, слоя, описанного в связи с этапом 608), а не слоя, наложенного на жертвенный слой для создания подложки для сборки электроники (например, слоя, описанного в связи с этапом 604). Модули электроники первоначально устанавливаются на слой биологически совместимого материала, используемого в качестве подложки для сборки электроники, который упоминается здесь для удобства просто как «слой подложки». Благодаря оставлению слоя подложки биологически совместимого материала незатронутым и раскрытию при этом электродов датчика, первоначально сформированная связь между электродами датчика и слоем подложки остается неповрежденной. Раскрытие электродов датчика без затрагивания связей первоначальной установки дает в результате собранное устройство, которое извлекает выгоду из структурной целостности и упругости связей первоначальной установки между электродами датчика и слоем подложки биологически совместимого материала.
[00116] Собранная инкапсулированная структура может быть подвергнута травлению для создания кольцеобразной структуры (этап 624). Например, инкапсулированная структура может быть подвергнута травлению для создания сглаженной кольцеобразной структуры, подобной кольцеобразной подложке 230, показанной и описанной выше в связи с фиг. 2. Инкапсулированная структура также может быть подвергнута травлению с образованием другой формы, такой как прямоугольник, круг (например, диск), овал и т.д. для создания в целом плоской структуры, в которой собранная электроника инкапсулирована посредством запечатанного биологически совместимого материала. В некоторых примерах процесс травления этапа 624 включает в себя вырезание участков, в которых два слоя биологически совместимого материала совместно отожжены (например, как обсуждено на этапе 612). Таким образом, процесс травления по этапу 624 может включать в себя вырезание запечатанных краев биологически совместимого материала, которые окружают инкапсулированную электронику. В некоторых примерах два слоя биологически совместимого материала (и рабочая подложка, и жертвенный слой) могут перекрывать множество собранных модулей электроники. Например, рабочая подложка может быть разделена на сетку, с каждым блоком занятым собранным модулем электроники, а жертвенный слой и слои биологически совместимого материала могут простираться по всей сетке практически непрерывным образом. В таком примере процесс травления по этапу 624, следовательно, может использоваться для отделения разных модулей электроники друг от друга посредством вырезания отожженного биологически совместимого материала, который простирается между отдельными модулями. После этапа 624 полученной в результате инкапсулированной структуре электроники придается форма для интегрирования в биологическую среду хозяина, такая как устанавливаемое на глазу устройство, имплантируемое медицинское устройство и т.д.
[00117] Жертвенный слой удаляется для высвобождения инкапсулированной структуры от рабочей подложки (этап 626). Жертвенный слой может быть удален посредством применения смывающего агента для растворения жертвенного слоя. Например, для растворения жертвенного слоя и тем самым высвобождения инкапсулированной структуры могут быть применены ацетон или изопропиловый спирт. Смывающий агент выбирается, чтобы он реагировал с жертвенным слоем (например, посредством растворения), но не реагировал с биологически совместимым материалом, который инкапсулирует собранную электронику. В одном примере с используемой в качестве жертвенного слоя мыльной пленкой, для смывания мыльной пленки может использоваться вода.
[00118] Высвобожденная инкапсулированная структура затем может быть встроена в полимерный материал устанавливаемого на глазу устройства (этап 628). Когда инкапсулированной структуре придается сглаженная кольцевая форма (т.е., во время этапа 624 травительной обработки), структура может быть встроена вокруг периферийной области в целом кругового полимерного материала, сформированного для установки с контактом на глазу. Такой полимерный материал может иметь, например, вогнутую поверхность, выполненную с возможностью быть установленной на роговичной поверхности глаза, и противоположную вогнутой поверхности выпуклую поверхность, выполненную совместимой с движением века, когда он установлен на роговичной поверхности. Например, материал гидрогеля (или другой полимерный материал) может быть сформирован вокруг инкапсулированной структуры в процессе инжекционного формования.
[00119] Фиг. 7 изображает машиночитаемый носитель, выполненный в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления. В иллюстративных вариантах осуществления иллюстративная система может включать в себя один или более процессоров, одну или более видов памяти, одно или более устройств/интерфейсов ввода, одно или более устройств/интерфейсов выводов и машиночитаемые команды, которые при их исполнении одним или более процессорами заставляют систему осуществлять различные вышеописанные функции, задачи, возможности и т.д.
[00120] Как отмечено выше, в некоторых вариантах осуществления раскрытые методики могут быть реализованы посредством компьютерных программных команд, закодированных на непереходном машиночитаемом запоминающем носителе в машиночитаемом формате или на других непереходных носителях или изделиях производства. Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей концептуальный частичный вид иллюстративного компьютерного программного продукта, который включает в себя компьютерную программу для исполнения компьютерного процесса на вычислительном устройстве, размещенном в соответствии с по меньшей мере некоторыми представленными здесь вариантами осуществления, в том числе процессов, показанных и описанных в связи с фиг. 6A и 6B.
[00121] В одном варианте осуществления иллюстративный компьютерный программный продукт 700 обеспечен с использованием несущего сигнал носителя 702. Несущий сигнал носитель 702 может включать в себя одну или более программных команд 704, таких, что когда они исполняются одним или более процессорами, может быть обеспечена функциональность или части функциональности, описанные выше относительно фиг. 1-6. В некоторых примерах несущий сигнал носитель 702 может включать в себя непереходный машиночитаемый носитель 706, такой как, но без ограниченная, жесткий диск, компакт-диск (CD), цифровой видеодиск (DVD), цифровая лента, память и т.д. В некоторых реализациях несущий сигнал носитель 702 может быть записываемым с помощью компьютера носителем 708, таким как, но без ограничения, память, CD для чтения и записи (R/W), DVD для чтения и записи (R/W) и т.д. В некоторых реализациях несущий сигнал носитель 702 может быть средой 710 для связи, такой как, но без ограниченная, цифровой и/или аналоговый средой для связи (например, волоконно-оптическим кабелем, волноводом, проводной линии связи, беспроводной линии связи и т.д.). Таким образом, например, несущий сигнал носитель 702 может быть передан посредством беспроводной формы среды 710 для связи.
[00122] Одна или более программных команд 704 могут представлять собой, например, исполняемые на компьютере и/или логически реализованные команды. В некоторых примерах вычислительное устройство выполнено с возможностью обеспечивать различные операции, функции или действия в ответ на программные команды 704, переданные вычислительному устройству посредством одного или более из машиночитаемого носителя 706, записываемого с помощью компьютера носителя 708 и/или среды 710 для связи.
[00123] Непереходный машиночитаемый носитель 706 также может быть распределен среди многочисленных элементов хранения данных, которые могут быть расположены удаленно друг от друга. Вычислительное устройство, которое исполняет некоторые или все из сохраненных команд, может быть микрообрабатывающим контроллером или другой вычислительной платформой. В качестве альтернативы вычислительное устройство, которое исполняет некоторые или все из сохраненных команд, может быть удаленно расположенной компьютерной системой, такой как сервер.
[00124] В то время как здесь были раскрыты различные аспекты и варианты осуществления, для специалистов в области техники будут очевидны другие аспекты и варианты осуществления. Различные раскрытые здесь аспекты и варианты осуществления приведены для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения, и истинный объем обозначен следующей формулой изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| МИКРОЭЛЕКТРОДЫ В ОФТАЛЬМИЧЕСКОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ ДАТЧИКЕ | 2013 |
|
RU2650433C1 |
| МИКРОЭЛЕКТРОДЫ В ОФТАЛЬМИЧЕСКОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ ДАТЧИКЕ | 2013 |
|
RU2611557C2 |
| СВЯЗЬ УСТРОЙСТВА ЧТЕНИЯ С ДАТЧИКАМИ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ И УСТРОЙСТВОМ ОТОБРАЖЕНИЯ | 2014 |
|
RU2635867C2 |
| СЕНСОРНАЯ МЕМБРАНА С НИЗКИМ ТЕМПЕРАТУРНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ | 2014 |
|
RU2641966C2 |
| ГЕРМЕТИЧНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ АККУМУЛЯТОР | 2015 |
|
RU2668567C2 |
| ИДЕНТИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВА | 2014 |
|
RU2636802C2 |
| ИЗВЛЕЧЕНИЕ НА ОСНОВЕ УСЛОВИЯ | 2014 |
|
RU2664672C2 |
| УЗЕЛ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ СО ВСТРОЕННОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ АНТЕННЫ | 2013 |
|
RU2621483C2 |
| УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ЛИНЗЫ С ОБРАЩЕННЫМ ВНУТРЬ ИСТОЧНИКОМ СВЕТА | 2014 |
|
RU2639616C2 |
| ВЫСОКОСЕЛЕКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ И НАНОЗАЗОРОМ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ РЕДОКС-МОЛЕКУЛ | 2014 |
|
RU2643218C2 |
Группа изобретений относится к медицине. Устанавливаемое на глазу устройство предназначено для измерения концентрации аналита в слезной жидкости и содержит: прозрачный полимерный материал; и инкапсулированную структуру электроники встроенную в прозрачный полимерный материал. Причем инкапсулированная структура электроники содержит первый слой биологически совместимого материала, второй слой биологически совместимого материала, электрохимический датчик, который включает в себя рабочий электрод и электрод сравнения, и модуль электроники, инкапсулированный в пределах биологически совместимого материала таким образом, что слезная жидкость, проникающая через прозрачный полимерный материал, изолирована от модуля электроники биологически совместимым материалом. Второй слой биологически совместимого материала имеет отверстие, которое открывает рабочий электрод и электрод сравнения. Модуль электроники включает в себя: антенну; и контроллер, электрически соединенный с электрохимическим датчиком и антенной. Контроллер выполнен с возможностью управлять электрохимическим датчиком для получения измерения датчика, связанного с концентрацией аналита в слезной жидкости, воздействию которой подвергается устанавливаемое на глазу устройство, и использовать антенну для указания измерения датчика. Способ изготовления инкапсулированной структуры электроники содержит этапы: формирование первого слоя биологически совместимого материала; обеспечение модуля электроники на первом слое биологически совместимого материала; формирование рабочего электрода и электрода сравнения электрохимического датчика на первом слое биологически совместимого материала; формирование второго слоя биологически совместимого материала для покрытия модуля электроники, рабочего электрода и электрода сравнения; совместный отжиг участков первого и второго слоев биологически совместимого материала с формированием инкапсулированной структуры; и формирование во втором слое биологически совместимого материала отверстия для открытия рабочего электрода и электрода сравнения. Применение данной группы изобретений позволит расширить арсенал технических средств. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
1. Устанавливаемое на глазу устройство, предназначенное для измерения концентрации аналита в слезной жидкости, содержащее:
прозрачный полимерный материал; и
инкапсулированную структуру электроники, по меньшей мере частично встроенную в прозрачный полимерный материал, причем инкапсулированная структура электроники содержит первый слой биологически совместимого материала, второй слой биологически совместимого материала, электрохимический датчик, который включает в себя рабочий электрод и электрод сравнения, и модуль электроники, инкапсулированный в пределах биологически совместимого материала таким образом, что слезная жидкость, проникающая через прозрачный полимерный материал, изолирована от модуля электроники биологически совместимым материалом, причем второй слой биологически совместимого материала имеет отверстие, которое открывает рабочий электрод и электрод сравнения, и причем модуль электроники включает в себя:
антенну; и
контроллер, электрически соединенный с электрохимическим датчиком и антенной, причем контроллер выполнен с возможностью управлять электрохимическим датчиком для получения измерения датчика, связанного с концентрацией аналита в слезной жидкости, воздействию которой подвергается устанавливаемое на глазу устройство, и использовать антенну для указания измерения датчика.
2. Устанавливаемое на глазу устройство по п. 1, в котором модуль электроники инкапсулирован посредством совместного отжига первого слоя биологически совместимого материала и второго слоя биологически совместимого материала, в то время как модуль электроники расположен между упомянутыми первым и вторым слоями.
3. Устанавливаемое на глазу устройство по п. 1, в котором инкапсулированная структура электроники имеет толщину менее 150 микрометров.
4. Устанавливаемое на глазу устройство по п. 1, в котором инкапсулированная структура электроники является кольцеобразной и встроена около периферии прозрачного полимерного материала в устанавливаемом на глазу устройстве так, чтобы не мешать прохождению света через центральный участок устанавливаемого на глазу устройства.
5. Устанавливаемое на глазу устройство по п. 1, в котором модуль электроники включает в себя систему сбора энергии, которая захватывает электроэнергию из падающего излучения для обеспечения электропитанием модуля электроники.
6. Устанавливаемое на глазу устройство по п. 1, в котором биологически совместимый материал включает в себя полимер дихлорди-п-ксилилена.
7. Способ изготовления инкапсулированной структуры электроники, содержащий:
формирование первого слоя биологически совместимого материала;
обеспечение модуля электроники на первом слое биологически совместимого материала;
формирование рабочего электрода и электрода сравнения электрохимического датчика на первом слое биологически совместимого материала;
формирование второго слоя биологически совместимого материала для покрытия модуля электроники, рабочего электрода и электрода сравнения;
совместный отжиг участков первого и второго слоев биологически совместимого материала с формированием инкапсулированной структуры, причем инкапсулированная структура содержит модуль электроники, полностью заключенный в пределах биологически совместимого материала; и
после отжига формирование во втором слое биологически совместимого материала отверстия для открытия рабочего электрода и электрода сравнения.
8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий:
формирование жертвенного слоя на рабочей подложке, причем первый слой биологически совместимого материала формируют на жертвенном слое;
удаление жертвенного слоя для высвобождения инкапсулированной структуры от рабочей подложки.
9. Способ по п. 8, в котором первый и второй слои биологически совместимого материала и модуль электроники имеют суммарную толщину менее 150 микрометров.
10. Способ по п. 7, в котором первый слой биологически совместимого материала, модуль электроники и второй слой биологически совместимого материала все уложены поверх жертвенного слоя на рабочей подложке во время отжига, и причем отжиг включает в себя термообработку рабочей подложки в печи.
11. Способ по п. 7, дополнительно содержащий:
травление инкапсулированной структуры с формированием кольцеобразной структуры, которая содержит модуль электроники, инкапсулированный в биологически совместимый материал.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий:
встраивание кольцеобразной структуры в устанавливаемое на глазу устройство, включающее в себя прозрачный полимерный материал.
13. Способ по п. 7, в котором биологически совместимый материал включает в себя полимер дихлорди-п-ксилилена.
14. Способ по п. 7, дополнительно содержащий формирование жертвенного слоя, включающего в себя фоторезист или неприлипающий материал, на рабочей подложке с тем, чтобы отделить биологически совместимый материал от рабочей подложки во время отжига.
15. Способ по п. 7, дополнительно содержащий сборку модуля электроники, причем сборка модуля электроники содержит:
формирование рисунка из металла с формированием: контактных площадок, выполненных с возможностью принимать микросхему, электродов электрохимического датчика, антенны, межсоединений антенны между по меньшей мере одной из контактных площадок и одним или более выводами антенны, а также межсоединений датчика между по меньшей мере одной из контактных площадок и одним или более электродами датчика; и
наложение микросхемы на контактные площадки, причем микросхема выполнена с возможностью управлять электродами электрохимического датчика для получения измерения датчика, связанного с концентрацией аналита в жидкости, воздействию которой подвергаются электроды электрохимического датчика, и использовать антенну для беспроводного указания измерения датчика.
16. Способ по п. 15, в котором наложение микросхемы на контактные площадки включает в себя электрическое соединение микросхемы с контактными площадками с помощью анизотропного проводящего адгезива.
17. Способ по п. 7, в котором модуль электроники включает в себя систему сбора энергии, которая захватывает электроэнергию из падающего излучения для обеспечения электропитанием электронных компонентов, при этом инкапсулированных в биологически совместимый материал.
18. Инкапсулированная структура электроники, содержащая:
первый слой биологически совместимого материала;
модуль электроники на первом слое биологически совместимого материала;
рабочий электрод и электрод сравнения электрохимического датчика на первом слое биологически совместимого материала;
второй слой биологически совместимого материала для покрытия модуля электроники, рабочего электрода и электрода сравнения;
при этом участки первого и второго слоев биологически совместимого материала совместно отожжены с формированием инкапсулированной структуры, причем инкапсулированная структура содержит модуль электроники, полностью заключенный в пределах биологически совместимого материала; и
отверстие во втором слое биологически совместимого материала для открытия рабочего электрода и электрода сравнения, причем отверстие сформировано после отжига.
19. Инкапсулированная структура электроники по п. 18, дополнительно содержащая:
сформированный на рабочей подложке жертвенный слой, причем первый слой биологически совместимого материала сформирован на жертвенном слое;
при этом жертвенный слой удаляется для высвобождения инкапсулированной структуры от рабочей подложки.
20. Инкапсулированная структура электроники по п. 18, дополнительно содержащая:
кольцеобразную структуру, которая содержит модуль электроники, инкапсулированный в биологически совместимом материале, при этом кольцеобразная структура сформирована травлением инкапсулированной структуры; и
при этом кольцеобразная структура встроена в устанавливаемое на глазу устройство, включающее в себя прозрачный полимерный материал.
| US 20120245444 A1, 27.09.2012 | |||
| WO 2010096828 A1, 26.08.2010 | |||
| US 20120259188 A1, 11.10.2012 | |||
| US 7425749 B2, 16.09.2008 | |||
| US 7785912 B2, 31.08.2010 | |||
| RU 2010138591 A, 27.03.2012. |
