(57)【要約】      （修正有）【課題】制御放出可能なデジタル生物医学用装置および当該デジタル生物医学用装置を活性化する方法を提供する。【解決手段】デジタル生物医学用装置３００は、キャビティ３０１を形成する基板３０８と、キャビティ周囲に形成されるシール３０３と、シールによって基板に結合される蓋３０２と、複数の金属層を備える反応性金属構造３０４であって、基板および蓋の少なくとも一方の構成要素である反応性金属構造と、反応性金属構造の複数の金属層間の自己伝搬反応を開始し、キャビティの内容物を放出するように構成される金属配線と、金属配線に電流を印加するように構成される電源とを備える。【選択図】図４
2017080404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル生物医学用装置であって、
キャビティを形成する基板と、
前記キャビティ周囲に形成されるシールと、
前記シールによって前記基板に結合される蓋と、
複数の金属層を備える反応性金属構造であって、前記基板および前記蓋の少なくとも一方の構成要素である前記反応性金属構造と、
前記反応性金属構造の前記複数の金属層間の自己伝搬反応を開始し、前記キャビティの内容物を放出するように構成される金属配線と、
前記金属配線に電流を印加するように構成される電源と
を備えるデジタル生物医学用装置。
【請求項２】
前記複数の金属層の各々の厚さが約５ナノメートルと約５０ナノメートルとの間である、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項３】
前記反応性金属構造が、アルミニウム（Ａｌ）の第１の層およびパラジウム（Ｐｄ）の第２の層を備える、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項４】
前記蓋の少なくとも一部分が前記反応性金属構造を備える、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項５】
前記金属配線がヒータ電極である、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項６】
前記反応性金属構造の自己伝搬反応が、前記金属配線を介して前記反応性金属構造に電流を通すことによって開始される、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項７】
前記反応性金属構造が、前記金属配線への電流の印加により破断するように構成される、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項８】
前記反応性金属構造が、前記金属配線への電流の印加により前記シールを損なうように構成される、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項９】
前記蓋が、前記反応性金属構造の少なくとも一部分および非反応支持構造を含む複合構造であり、前記反応性金属構造が、犠牲材料であり、自己伝搬反応の間に除去される、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１０】
前記複合構造が、前記金属配線への電流の印加により多孔質構造になるように構成される、請求項９に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１１】
バッフル構造が、前記複合構造外に配置され、前記反応性金属材料が、前記デジタル生物医学用装置から出るのを阻止するように構成される、請求項９に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１２】
前期蓋が、機械的に応力を加えられ、前記金属配線への電流の印加により剥離するように構成される、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１３】
前記反応性金属構造が、前記シールに隣接して前記基板上に配置される、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１４】
自己伝搬反応がヒータ電極によって開始される、請求項１３に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１５】
自己伝搬反応が、前記金属配線を介して前記反応性金属構造に電流を通すことによって開始される、請求項１３に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１６】
前記反応性金属構造が、自己伝搬反応の開始により融解するように構成される、請求項１に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１７】
前記反応性金属構造が、自己伝搬反応の開始により前記シールを損なうように構成される、請求項１３に記載のデジタル生物医学用装置。
【請求項１８】
キャビティを形成する基板と、前記キャビティ周囲に形成されるシールと、前記シールによって前記基板に結合される蓋とを備えるデジタル生物医学用装置を活性化する方法であって、
複数の金属層を備える反応性金属構造であって、前記基板および前記蓋の少なくとも１つの構成要素である前記反応性金属構造に電流を印加することによって前記反応性金属構造における自己伝搬反応を開始することと、
前記反応性金属構造の自己伝搬反応により前記デジタル生物医学用装置の外部に前記キャビティの内容物を暴露することとを含む方法。
【請求項１９】
前記内容物を暴露することが、前記基板から前記蓋の少なくとも一部分を解放することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記内容物を暴露することが、前記反応性金属構造から形成される前記蓋の一部分に開口を形成することを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は物質を送出するための装置に関し、より詳細には反応性材料に形成される制御可能なシールを有する生物医学（biomedical）用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物医学用装置は、典型的に、体内に埋め込み、体外に装着し、またはそうでなければ体内に挿入される。生物医学用装置の機能は、薬物送出、センサ活性化、センサ・データ収集および解析、などを含むことができる。
【０００３】
制御放出装置、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術に基づく薬物送出およびバイオ・センシング装置などといったデジタル生物医学用装置は、リザーバを開放するために、典型的に、電気を使用して熱を発生させ、そして膜を融解させる。これらの装置は、典型的に、電池容量によって制限される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Fritz et al., J. Applied Physics113, 014901 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、制御放出可能なデジタル生物医学用装置および当該デジタル生物医学用装置を活性化する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示的な実施形態によれば、デジタル生物医学用装置は、キャビティを形成する基板と、キャビティ周囲に形成されるシールと、シールによって基板に結合される蓋と、複数の金属層を備える反応性金属構造であって、基板および蓋の少なくとも１つの構成要素である反応性金属構造と、反応性金属構造の複数の金属層間の自己伝搬反応を開始し、キャビティの内容物を放出するように構成される金属配線（trace）と、金属配線に電流を印加するように構成される電源とを備える。
【０００７】
本発明の例示的な実施形態によれば、キャビティを形成する基板と、キャビティ周囲に形成されるシールと、シールによって基板に結合される蓋とを備えるデジタル生物医学用装置において、装置を活性化する方法は、複数の金属層を備える反応性金属構造であって、基板および蓋の少なくとも一方の構成要素である反応性金属構造に電流を印加することによって反応性金属構造における自己伝搬反応を開始することと、反応性金属構造の自己伝搬反応によりキャビティの内容物をデジタル生物医学用装置の外部に暴露することとを含む。
【０００８】
本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照しつつ、下記により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の例示的な実施形態に係る反応性材料ベースの脱着可能なシールを図示する図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態に係る基板に膜を接続するための層状構造を図示する図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置の図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に係る図３のデジタル生物医学用装置の横断面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置の図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態に係る図５のデジタル生物医学用装置の横断面図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置の図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置の図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態に係る図８のデジタル生物医学用装置の横断面図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置の図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態に係る図１０のデジタル生物医学用装置の横断面図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置の図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置の図である。
【図１４】本発明の例示的な実施形態に係る図１３のデジタル生物医学用装置の横断面図である。
【図１５】本発明の例示的な実施形態に係る、バッフル構造を備えるデジタル生物医学用装置の横断面図である。
【図１６】本発明の例示的な実施形態に係るデジタル生物医学用装置を制御するように構成されるコンピュータ・システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の例示的な実施形態によれば、デジタル生物医学用装置は反応性金属構造を含み、ここではデジタル生物医学用装置は活性化されて低温度でかつ低エネルギーで反応性金属構造の反応を開始するように構成される。本発明の例示的な実施形態によればデジタル生物医学用装置は、複数の離散した、電子的にアドレス可能な構造（たとえば、キャビティまたはリザーバ）を備える。電子的にアドレス可能な構造はアレイ状に配置され得る。
【００１１】
１つまたは複数の実施形態において、デジタル生物医学用装置は制御可能に放出される、活性剤、薬品または薬物などの物質を収容する複数のリザーバを含む。他の実施形態において、デジタル生物医学用装置は化学活性化または暴露のためのセンサを収容する複数のキャビティを含む。各電子的にアドレス可能な構造は電気活性膜または蓋構造で封止される。膜または蓋構造はデジタル生物医学用装置の制御下で部分的にまたは完全に開放され得る。
【００１２】
図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態に係る反応性材料ベースの脱着可能なシールを備える送出装置１００を図示する。送出装置１００はキャビティ１０２を有する基板１０１、シール１０３および蓋１０４を含む。シール１０３ははんだ、酸化物結合または高分子接着剤から形成され得る。活性剤１０５などの物質がキャビティ１０２に保持され得る。本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、シール１０３は基板１０１に蓋１０４を付着させ、それによって電子的にアドレス可能な構造（たとえば、リザーバ）の内容物を周囲環境から隔離する。
【００１３】
本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、キャビティ１０２の内容物を放出するための機構は反応性材料の実装に依存する。たとえば、１つの例示的な実施形態において、蓋１０４は反応性材料から形成される膜を含む。別の例示的な実施形態において、蓋１０４は、反応性材料がシール１０３の完全性を損なうときに解放される。これらのおよび他の実施形態は本明細書に説明される。
【００１４】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、蓋１０４は応力が加わった状態でつなぎ留められる（たとえば、図４参照）。別の実施形態において、蓋１０４はつなぎ留められていない平坦で脱着可能な構造である（たとえば、図２参照）。蓋の種類は用途に依存することができ、たとえば生体内使用のためには、蓋１０４は生体適合性または生分解性材料あるいはその両方から形成される。
【００１５】
反応性材料の点火（ignition）は抵抗ヒータ、高電流密度電気パルスなどを介して開始され得る。本発明の少なくとも１つの実施形態において、活性剤１０５は、膜が反応性材料における反応熱によって融解されるときに放出される。本発明の少なくとも１つの実施形態において、蓋１０４は送出装置の活性化および反応性材料の相変化により解放される。少なくとも１つの実施形態において、相変化は膜を融解または気化あるいはその両方をさせずに発生する。少なくとも１つの実施形態において、相変化は膜密度の変化という結果になり、それによって蓋１０４内の応力を導入／緩和する。少なくとも１つの実施形態において、蓋１０４内の応力は、活性剤１０５が蓋１０４の膜構成要素を透過し、そして送出装置１００から出るのを許容する亀裂の形成とともに緩和される。別の実施形態において、構造の設計によって決定されるように、蓋１０４内の応力は蓋１０４の膜構成要素とシール１０３との間の界面の歪みおよび剪断（たとえば、層間剥離）によって、またはシール１０３と反応性材料から形成される膜を含む基板１０１との間の界面の剪断によって緩和される。
【００１６】
蓋構造が全体構造であり、キャビティを囲むことが理解されるべきである。さらにまた、蓋は反応性材料から形成される膜を含むことができる。少なくとも１つの実施形態において、膜は反応性金属構造を含み、シールに隣接して配置される基板の構成要素として形成される。
【００１７】
図２は、基板１０１に蓋１０４を接続するための層状構造２００を図示する。第１の層２０１が、金属または接着層を備えて蓋１０４上に形成される。第２の層２０２（たとえば、はんだ、高分子または酸化物）が第１の層２０１上に形成される。第１の金属または接着層２０３、反応性材料層２０４、絶縁体層２０５（たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２））および第２のはんだまたは接着層２０６がシリコン（Ｓｉ）基板であることができる基板１０１上に順次形成される。本発明の例示的な実施形態によれば、絶縁体層２０５は反応性材料層２０４から蓋１０４への熱流を制限するか、または電気的活性化の場合には、電流が蓋１０４に流れ込むのを制限する。少なくとも１つの実施形態において、反応性材料２０４の活性化において十分な熱が発生すれば、蓋１０４への熱損失は層２０４における反応の自己伝搬を妨げないので、絶縁体層２０５は省略され得る。
【００１８】
本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置は活性剤の制御放出（contolled-release）のために構成される。制御放出は活性剤の放出時間、放出速度または両方に帰する。本発明の少なくとも１つの実施形態において、制御放出はある期間（たとえば、１時間、１２時間、数日）にわたる活性剤の持続／連続放出である。そのような制御放出は癌治療、疼痛管理、高血圧症、狭心症などのために適用され得る。本発明の１つまたは複数の実施形態において、制御放出は可変時間間隔で離散した量の薬のパルス放出である。そのような制御放出は、体が成長ホルモンおよびインスリンのようないくつかの化合物を生成するやり方を模倣する活性剤の送出のために適用され得る。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態によれば、反応性金属材料は２つ以上の交互に異なる金属元素の層を含む。表１は反応性材料を形成する例示的な層の組合せを図示する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
反応性金属の層を形成するための既知の方法が使用され得る。これらは厚膜積層を薄板に圧延すること、基板上への薄膜層の蒸着またはスパッタリングなどを含む。材料、層厚および構造の適切な組合せの場合、金属は刺激を加えると、発熱性自己伝搬反応を発生させる。良好なエネルギー放出および自己伝搬を伴う反応を可能にするために、層は作製の間の層間の相互混合または拡散を少なくしてまたはなくして形成される。本発明の実施形態によれば、層は、反応を開始するために必要とされるエネルギーを低減させるために、相互混合されることなく薄い。本発明の実施形態によれば、典型的な堆積技術の場合、個々の層の厚さは約５ナノメートル（ｎｍ）と５０ｎｍとの間であり、そして好ましくは層堆積の間の相互混合および反応を回避するために約１０ｎｍより大きい。反応性金属材料反応は電気、磁気、光学、熱、または、機械手段によって開始され得る。たとえば、少なくとも１つの実施形態において、反応性金属材料は、反応性金属に近接して配置されるヒータ電極に電流を通すことによって加熱される。別の例において、電流は反応性金属自体に通される。さらに別の例において、誘導加熱、輻射加熱および機械的衝撃を含め、外部加熱方法が使用され得る。反応性材料系アルミニウム（Ａｌ）＋ニッケル（Ｎｉ）に対する層厚への点火エネルギーの依存がＦｒｉｔｚ他によって検討され（J. Applied Physics 113, 014901 (2013)）、そして２３２°Ｃの低さの熱点火温度が３０ｎｍの二層の厚さに対して得られた。
【００２２】
Ａｌおよびパラジウム（Ｐｄ）から形成される反応性材料の例示的な場合には、反応は、個々の構成要素を合金の融解温度にまで至らせるために、または合金自体を融解させるために必要とされるエネルギーより約３倍大きい。点火温度が比較的低いので、点火エネルギーは、構造全体の均一加熱を前提とすると、構造を融解させるために必要とされるそれより約５〜１０倍小さくすることができる。
【００２３】
反応性材料ＡｌおよびＰｄが熱的に隔離される場合には、自己伝搬反応を開始するために、材料の体積の約１％のみが点火温度まで加熱される必要がある。局部加熱により、点火エネルギーは構造の構成要素を融解させるために必要とされるそれより約５００〜１０００倍小さくすることができる。１％体積加熱を前提とすると、放出エネルギーは点火エネルギーより１５００〜３０００倍大きい範囲にすることができる。
【００２４】
本発明の例示的な実施形態によれば、膜は活性多孔膜構造である。活性多孔膜構造は２つ以上の構成要素を含む複合構造である。少なくとも第１の構成要素は機械的支持構造である。１つまたは複数の実施形態において、機械的支持構造はＳｉＯ２または窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）などの絶縁材料である。１つまたは複数の実施形態において、機械的支持構造は複数のビアを含む。本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、ビアは反応性金属材料を備える第２の構成要素で充填または封止される。本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、活性化により、反応性金属材料は損なわれ（たとえば、融解、除去、開放、透過などされ）、その一方で支持構造は完全なままである。活性化の後、膜は物質が通過するのを許容し（たとえば、薬物または薬品）または下部構造内に収容されるセンサを周囲環境に暴露しあるいはその両方を行う。
【００２５】
本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置は、反応性金属構造として形成され、低エネルギー要求で、低温で反応を開始するように構成される膜を備える。たとえば、ある種類の蓋の場合、下部構造を開放する（すなわち、反応性金属材料を損なう）ために必要とされる電気エネルギーは約１マイクロジュール（μＪ）より小さい。
【００２６】
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、ＡｌおよびＰｄの薄層から形成される２つの反応性材料を備える膜の場合、層は約９０キロジュール（ｋＪ）／モルのエネルギーを放出するように反応させることができる。５０×５０ミクロンおよび１μｍ厚の膜の場合、Ａｌ＋Ｐｄ構造に対する放出熱エネルギーは約３０μＪになるであろう。このエネルギーは、断熱条件下で個々の構成要素を融解させるために必要とされるそれ（約１２μＪ）またはＡｌＰｄ合金を融解させるために必要とされるそれ（約１２．７μＪ）より大きい。
【００２７】
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、寸法５０×５０×１マイクロメートル（μｍ）をもつＡｌ＋Ｐｄ膜全体を２５０°Ｃの点火温度まで加熱するために必要とされるエネルギーは約１．８μＪである。追加的に、Ａｌ＋Ｐｄ膜は局部的に起爆され得、これは反応を開始するために必要とされる全エネルギーを実質的に低減させる。本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、ＡｌおよびＰｄ反応物が消費され、蓄積化学エネルギーが放出されるまで、反応は自己伝搬方式で継続する。
【００２８】
図３を参照すると、本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置３００は、キャビティ・シール３０３、反応性金属層３０４、ヒータ電極３０５およびヒンジ３０６を包囲する応力蓋３０２によって囲まれるキャビティ３０１を含む。キャビティ３０１は、たとえばＳｉの第２の層３０８上に形成されるＳｉＯ２の第１の層３０７から形成される基板内に形成される。
【００２９】
キャビティ・シール３０３の解放は、層３０４における発熱反応を開始しかつ伝播するヒータ電極３０５によって発生させる熱によって開始され得る。少なくとも１つの実施形態において、ヒータ電極３０５および反応性金属層３０４から発生する熱が組み合わされてキャビティ・シール３０３を融解または劣化させ、それによって応力蓋３０２を解放する。適切に設計される構造において、ヒンジ構造３０６への応力蓋３０２の接着が完全なままであるように、熱は実質的に、反応性金属層３０４およびキャビティ・シール３０３を含む領域に限られる。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態において、デジタル生物医学用装置は、応力蓋３０２が反応性材料から構成される膜を備えるように形成される。この場合には、応力蓋３０２に熱を提供して反応性材料に点火するために、パターン化電極構造が使用され得る。
【００３１】
図４は、開状態で線ＡＡに沿った図３の横断面図であり、活性剤４０１がキャビティ３０１内に配置されている。本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、蓋は、キャビティ・シール３０３が開放されるときに丸まる応力構造である。
【００３２】
本発明の例示的な実施形態によれば、層状構造は導電性であり、生体適合性であり、反応の間に殆どまたは全くガスを発生させない。反応性層はキャビティ・シールを融解もしくは破断させるか、またはそれら自体を破断させることができる。反応層は熱くもなり、寸法も変化して応力を生じさせる。
【００３３】
図５を参照すると、本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置５００は応力蓋５０２によって囲まれるキャビティ５０１を含む。応力蓋５０２はキャビティ・シール５０３および反応性金属層５０４を含む複合構造を包囲する。デジタル生物医学用装置５００はヒータ電極５０５およびヒンジ５０６をさらに含む。
【００３４】
図６は、開状態で線ＢＢに沿った図５の横断面図である。図６は、キャビティ５０１内に配置される活性剤６０１を図示する。たとえば、それぞれＳｉＯ２およびＳｉから形成される基板層６０２および６０３も図示される。
【００３５】
図７を参照すると、本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置７００は、キャビティ・シール３０３、反応性金属層３０４、ヒータ電極７０１およびヒンジ３０６を包囲する応力蓋３０２によって囲まれるキャビティ３０１を含む。ヒータ電極７０１は局部加熱のための１つまたは複数の整形部分、たとえば整形部分７０２を含んで形成される。整形部分７０２は、たとえばヒータ電極７０１の他の部分と比較してより小さい表面積を有していること、またはより高い電気抵抗を有していることなどによって局部加熱を容易にする。本発明の１つの実施形態において、整形部分７０２はｖ字形状を有する。整形部分７０２が他の構成を有することができること、および本発明がｖ字整形部分に限定されないことが理解されるべきである。
【００３６】
図８を参照すると、本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置８００は応力蓋５０２によって囲まれるキャビティ５０１を含む。応力蓋５０２はキャビティ・シール５０３および反応性金属層５０４を含む複合構造を包囲する。デジタル生物医学用装置８００はヒータ電極８０１およびヒンジ５０６をさらに含む。ヒータ電極８０１は局部加熱のための１つまたは複数の整形部分、たとえば整形部分８０２を含んで形成される。本発明の少なくとも１つの実施形態において、反応性金属タブ８０３が複合構造に、ヒータ電極８０１の整形部分８０２に隣接して配置される。１つまたは複数の実施形態において、反応性金属タブ８０３は、複合構造の反応性金属層５０４の局部点火を容易にする。
【００３７】
図９は、開状態で線ＣＣに沿った図８の横断面図である。図９は、キャビティ５０１内に配置される活性剤６０１、ならびに反応性金属層５０４を間に配置した第１および第２のキャビティ・シール５０３ａおよび５０３ｂを含む複合構造を図示する。反応性金属タブ８０３も図示される。たとえば、反応性金属層５０４が加熱し、そして寸法が変化して応力を生じさせるときに、反応性金属層５０４はキャビティ・シールの１つもしくは複数を融解もしくは破断させるか、またはそれら自体を破断させることができる。
【００３８】
図１０および図１１を参照すると、本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置１０００は、支持構造１００２および反応性金属膜１１０２から構成される複合蓋構造下に配置されるキャビティ１００１を含む。支持構造１００２の材料は、反応性金属膜１１０２の材料で充填されるビア１００６をもつ電気および熱絶縁体である。複合蓋構造はキャビティ・シール１００３（たとえば、有機シール）によって基板（暗示されるが、図示はされない）に接続される。複合蓋構造は、たとえばＣｕで形成される一対の金属配線１００４および１００５間に配置される。複合蓋構造は、基板上の一対の金属配線１００４および１００５に反応性金属層１１０２を接続する金属配線１００７を含む。複合蓋構造は、一対の金属配線１００４および１００５間に、および反応性金属層１１０２に電流を通すことによって損なわれる（たとえば、多孔質構造を形成する）ことができる。電流は反応性金属層１１０２を融解または気化させ、それによって支持構造１００２におけるビア１００６をあける。
【００３９】
図１１は、線ＤＤに沿った図１０の簡略横断面図であり、キャビティ１００１、支持構造１００２およびキャビティ・シール１００３を図示する。金属配線１００４、１００５および１００７も図示される。エアギャップが図１１に図示されるのに対して、キャビティ・シール１００３は膜１００２に対しても金属配線１００７に対しても機械的接触を行って気密シールを形成する。はんだ１１０１は、複合蓋構造の金属配線１００７に金属配線１００４および１００５（たとえば、Ｃｕから形成される）間の電気的接続を行うために使用され得る。
【００４０】
図１２を参照すると、本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置１２００は、反応性金属膜１２０１を含む蓋の下に配置されるキャビティ（暗示されるが、図示はされない）を含む。デジタル生物医学用装置１２００は基板に反応性金属膜１２０１を含む蓋を封止するキャビティ・シール１２０２を含む。デジタル生物医学用装置１２００はヒータ電極１２０３をさらに含む。図１２は、反応性金属膜１２０１を含む蓋の多孔膜１２０４の反応後の状態がキャビティを下方に暴露して描かれる。
【００４１】
図１３において、本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、デジタル生物医学用装置１３００が、反応性金属構造１３０３に配置される複数の金属配線１３０１、１３０２を備える。反応性金属構造１３０３は応力絶縁体膜１３０４を含む蓋の構成要素である。応力絶縁体膜１３０４を含む蓋は、キャビティ・シール１３０７によってキャビティ１３０６を含む基板１３０５に接続される（図１４参照）。図１４は、キャビティ１３０６内に配置される活性剤１３０８を図示する、図１３に図示される構造の横断面図である。本発明の実施形態によれば、反応性金属構造１３０３は金属配線への電流の印加により破断し、応力絶縁体膜１３０４を含む蓋の開放を容易にする。破断は反応性金属構造１３０３において金属電極構造１３０１および１３０２間で発生し、膜１３０４を含む蓋において点線１３０９に沿ってＶ字形の切れ目を作り、応力絶縁体膜が矢印１３１０の方向に剥離する。膜１３０４を含む蓋内の応力は、Ｖ字形の領域が膜構造の残りから剥離するのを許容することによってＶ字形の切れ目の形成により解放される。
【００４２】
本発明の１つまたは複数の実施形態において、図１５に図示されるように、バッフル１５０１およびスペーサ１５０２を備えるバッフル構造が、デジタル生物医学用装置１５００の複合膜１５０４を含む蓋１５０３に形成される。バッフル構造は、活性剤の経路を制御し、下面１５０５上の残留反応性金属を回集する。
【００４３】
本発明の例示的な実施形態は、治療部位／その近くへの装置の配置、要求に応じた送出（たとえば、緊急投与、パルス的、可調連続的）、単一の／複数の活性剤の自動化送出および生理学的かつ診断的フィードバックに応答する投薬、患者コンプライアンス、患者の生活様式への低影響、低電力パラメータ（たとえば、電流、点火温度）、ならびに小さい搭載電源または無線電力パラメータを含む、各種の改善と関連づけられることができる。
【００４４】
本開示の実施形態の方法は、特に電子装置または代替システムでの使用に適したものでもよい。したがって、本発明の実施形態は、完全にハードウェア実施形態、またはすべて本明細書で「プロセッサ」、「回路」、「モジュール」もしくは「システム」と一般に称されてもよいソフトウェアおよびハードウェア態様を結合する実施形態の形態をとってもよい。
【００４５】
さらにまた、本明細書に説明される方法のいずれかが反応性金属構造を含むデジタル生物医学用装置を提供する追加ステップを含むことができることが留意されるべきである。さらに、コンピュータ・プログラム製品は、システムに異なったソフトウェア・モジュールを提供することを含め、本明細書に説明される１つまたは複数の方法ステップを実施するように実行されるようにコードが適合される有形のコンピュータ可読の記録可能な記憶媒体を含むことができる。
【００４６】
図１６を参照すると、図１６は、本発明の実施形態に係るデジタル生物医学用装置１６００を具体化する例示的なコンピュータ・システムを描くブロック図である。図１６において図示されるコンピュータ・システムは、メモリ１６０２、プロセッサ１６０３、少なくとも１つのセンサ１６０４、通信デバイス１６０５および入出力デバイス１６０６を有する制御システム１６０１を含む。制御システム１６０１は電源１６０７、分注アレイ１６０８および、任意選択で外部装置またはコンピュータ１６０９に接続される。
【００４７】
異なる用途において、図１６に図示される構成要素のいくつかは省略され得る。図１６に図示される全システムはコンピュータ可読命令によって制御され、それらは一般にメモリ１６０２に記憶される。ソフトウェアがネットワーク（図には図示されない）からダウンロードされ、メモリ１６０２に記憶され得る。代替的に、ネットワーク（たとえば、１６０９）からダウンロードされるソフトウェアはメモリ１６０２にロードされ、そしてソフトウェアによって決定される機能を完了するように、プロセッサ１６０３によって実行され得る。
【００４８】
プロセッサ１６０３は本開示に説明される１つまたは複数の方法を行うように構成されてもよく、それらの例証的な実施形態は上記の図に図示され、本明細書に説明される。本発明の実施形態は、メモリ１６０２に記憶され、そしてプロセッサ１６０３によって実行されてセンサ１６０４からの信号を処理するルーチンとして実装され得る。そのため、コンピュータ・システムは本開示のルーチンを実行すると専用のコンピュータ・システムになる汎用コンピュータ・システムである。
【００４９】
図１６に説明されるコンピュータ・システムは本開示に係る方法をサポートすることができるとはいえ、このシステムはコンピュータ・システムの１つの例であるにすぎない。当業者は、他のコンピュータ・システム設計が本発明の実施形態を実装するために使用され得ることを理解するべきである。
【００５０】
本発明はシステム、方法またはコンピュータ・プログラム製品あるいはそれらの組合せでもよい。コンピュータ・プログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実施させるためにコンピュータ可読プログラム命令を有する単一のコンピュータ可読記憶媒体（または複数の媒体）を含んでもよい。
【００５１】
コンピュータ可読記憶媒体は命令実行デバイスによって使用するために命令を保持および記憶することができる有形のデバイスであることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光学記憶デバイス、電磁記憶デバイス、半導体記憶デバイスまたは上記のものの任意の適切な組合せであってもよいがそれに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的な一覧は以下、すなわち、可搬のコンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、静的ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、可搬のコンパクト・ディスク・リード・オンリ・メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、メモリ・スティック、フロッピー（Ｒ）・ディスク、命令を記録したパンチ・カードまたは溝内の隆起構造などの機械的にエンコードされたデバイス、および上記のものの任意の適切な組合せを含む。コンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で使用される場合、電波もしくは他の自由に伝搬する電磁波、導波管もしくは他の伝送媒体を通じて伝搬する電磁波（たとえば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、または電線を通じて伝送される電気信号などの、それ自体が一時的な信号であるものと解釈されるべきではない。
【００５２】
本明細書に説明されるコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、あるいはネットワーク、たとえばインターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワークもしくはワイヤレス・ネットワークまたはそれらの組合せを介して外部コンピュータまたは外部記憶デバイスにダウンロードされ得る。ネットワークは銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、ワイヤレス伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータまたはエッジ・サーバあるいはそれらの組合せを備えてもよい。各コンピューティング／処理デバイスにおけるネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インタフェースはネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、そしてそれぞれのコンピューティング／処理デバイス内でコンピュータ可読記憶媒体に記憶するためにコンピュータ可読プログラム命令を転送する。
【００５３】
本発明の動作を実施するためのコンピュータ可読プログラム命令は、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（Ｒ）、Ｃ＋＋などといったオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語もしくは類似のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含め、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組合せで書かれるアセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはソース・コードもしくはオブジェクト・コードでもよい。コンピュータ可読プログラム命令は完全にユーザのコンピュータで、部分的にユーザのコンピュータで、独立型ソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータでかつ部分的に遠隔コンピュータで、または完全に遠隔コンピュータもしくはサーバで実行してもよい。後者のシナリオにおいて、遠隔コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）もしくはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含め、任意の種類のネットワークを通じてユーザのコンピュータに接続されてもよく、または接続は外部コンピュータになされてもよい（たとえば、インターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを通じて）。いくつかの実施形態において、たとえばプログラマブル・ロジック回路網、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路網は、本発明の態様を行うために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を活用して電子回路網を個人化することによってコンピュータ可読プログラム命令を実行してもよい。
【００５４】
本発明の態様は、本発明の実施形態に係る方法、装置（システム）およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャート図またはブロック図あるいはその両方を参照しつつ本明細書に説明される。フローチャート図またはブロック図あるいはその両方の各ブロック、およびフローチャート図またはブロック図あるいはその両方におけるブロックの組合せがコンピュータ可読プログラム命令によって実装され得ることが理解されるであろう。
【００５５】
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックに規定される機能／行為を実装するための手段を生じさせるように、汎用コンピュータ、専用コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを作り出すものであってよい。これらのコンピュータ可読プログラム命令はまた、命令を記憶したコンピュータ可読記憶媒体が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックに規定される機能／行為の態様を実装する命令を含む製造品を含むように、コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータ、プログラマブル・データ処理装置または他のデバイスあるいはそれらの組合せに特定の方式で機能するように指示することができるものであってもよい。
【００５６】
コンピュータ可読プログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラマブル装置または他のデバイスで実行する命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックに規定される機能／行為を実装するように、コンピュータ実装プロセスを作り出すべく、コンピュータ、他のプログラマブル・データ処理装置または他のデバイスにロードされ、コンピュータ、他のプログラマブル装置または他のデバイスで一連の動作ステップを行わせるものであってもよい。
【００５７】
図内のフローチャートおよびブロック図は本発明の様々な実施形態に係るシステム、方法およびコンピュータ・プログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性および動作を例証する。この点に関しては、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは命令のモジュール、セグメントまたは部分を表してもよく、それは規定される論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能命令を備える。いくつかの代替実装において、ブロックに表される機能は図に表される順序と異なって発生してもよい。たとえば、連続して図示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されてもよいか、または関係する機能性次第で、ブロックは時には逆順で実行されてもよい。ブロック図またはフローチャート図あるいはその両方の各ブロック、およびブロック図またはフローチャート図あるいはその両方におけるブロックの組合せが、規定される機能もしくは行為を行う、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せを実施する専用ハードウェア・ベースのシステムによって実装され得ることも留意されるであろう。
【００５８】
本明細書に使用される術語は特定の実施形態を説明する目的のみのためであり、本発明を限定するものとは意図されない。本明細書で使用される場合、前後関係が別途明示しない限り、単数形「a（ある１つ）」、「an（ある１つ）」および「the（その１つ）」は複数形も含むものと意図される。用語「comprises（備える）」もしくは「comprising（備えている）」またはその両方は、本明細書で使用されるときには、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素もしくは構成要素またはそれらの組合せの存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素もしくはそれらの群またはそれらの組合せの存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
【００５９】
以下の請求項におけるすべてのミーンズまたはステップ・プラス・ファンクション要素の対応する構造、材料、行為および均等物は、詳細に特許請求される他の特許請求される要素と組み合わせて機能を行うための任意の構造、材料または行為を含むものと意図される。本発明の記載は例証および説明の目的で提示されたが、網羅的とも、または開示される形態の発明に限定されるとも意図されない。多くの変更および変形が、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者にとって明らかとなろう。実施形態は本発明の原理および実際的応用を最も良く説明するため、他の当業者が企図される特定の使用に合わせた様々な変更を伴う様々な実施形態について本発明を理解することを可能にするために選択および説明された。
【符号の説明】
【００６０】
１００  送出装置
１０１  基板
１０２  キャビティ
１０３  シール
１０４  蓋
１０５  活性剤
２００  層状構造
２０１  第１の層
２０２  第２の層
２０３  第１の層
２０４  反応性材料層
２０５  絶縁体層
２０６  第２の層
３００  デジタル生物医学用装置
３０１  キャビティ
３０２  応力蓋
３０３  キャビティ・シール
３０４  反応性金属層
３０５  ヒータ電極
３０６  ヒンジ
３０７  第１の層
３０８  第２の層
４０１  活性剤
５００  デジタル生物医学用装置
５０１  キャビティ
５０２  応力蓋
５０３  キャビティ・シール
５０３ａ  第１のキャビティ・シール
５０３ｂ  第２のキャビティ・シール
５０４  反応性金属層
５０５  ヒータ電極
５０６  ヒンジ
６０１  活性剤
６０２  基板層
６０３  基板層
７００  デジタル生物医学用装置
７０１  ヒータ電極
７０２  整形部分
８００  デジタル生物医学用装置
８０１  ヒータ電極
８０２  整形部分
８０３  反応性金属タブ
１０００  デジタル生物医学用装置
１００１  キャビティ
１００２  支持構造
１００３  キャビティ・シール
１００４  金属配線
１００５  金属配線
１００６  ビア
１００７  金属配線
１１０１  はんだ
１１０２  反応性金属膜
１２００  デジタル生物医学用装置
１２０１  反応性金属膜
１２０２  キャビティ・シール
１２０３  ヒータ電極
１２０４  多孔膜
１３００  デジタル生物医学用装置
１３０１  金属配線
１３０２  金属配線
１３０３  反応性金属構造
１３０４  応力絶縁体膜
１３０５  基板
１３０６  キャビティ
１３０７  キャビティ・シール
１３０８  活性剤
１３０９  点線
１３１０  矢印
１５００  デジタル生物医学用装置
１５０１  バッフル
１５０２  スペーサ
１５０３  蓋
１５０４  複合膜
１５０５  下面
１６００  デジタル生物医学用装置
１６０１  制御システム
１６０２  メモリ
１６０３  プロセッサ
１６０４  センサ
１６０５  通信デバイス
１６０６  入出力デバイス
１６０７  電源
１６０８  分注アレイ
１６０９  外部装置またはコンピュータ
【図１】
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【図２】
2017080404.tif 000005
【図３】
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【図４】
2017080404.tif 000007
【図５】
2017080404.tif 000008
【図６】
2017080404.tif 000009
【図７】
2017080404.tif 000010
【図８】
2017080404.tif 000011
【図９】
2017080404.tif 000012
【図１０】
2017080404.tif 000013
【図１１】
2017080404.tif 000014
【図１２】
2017080404.tif 000015
【図１３】
2017080404.tif 000016
【図１４】
2017080404.tif 000017
【図１５】
2017080404.tif 000018
【図１６】
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