專利名稱：衍生多孔硅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衍生多孔硅、包括衍生多孔硅的生物材料以及這種生物材料的應(yīng)用。
在此將生物材料定義為用于活性人體或動物體中或用在活性人體或動物體表面上的非活性材料。預(yù)期它將影響引入其的生物環(huán)境。根據(jù)其與人體或動物體活性組織的相互作用，這種生物材料可以是生物惰性的、生物活性的或可再吸收的。相對生物惰性的生物材料如鈦被周圍組織侵蝕得最少并且纖維包裹得最少。生物活性生物材料，如生物玻璃(RTM)被侵蝕并由此促進(jìn)組織在其表面生長?？稍傥丈锊牧希缇劢货ピ谝欢螘r間內(nèi)經(jīng)過充分連續(xù)的侵蝕會完全溶解在體內(nèi)。
在不同程度上，多數(shù)生物醫(yī)用裝置和結(jié)構(gòu)(即在活性人體或動物體內(nèi)或表面上使用的裝置和結(jié)構(gòu))的實(shí)際生存能力將依賴于諸如其組成生物材料的穩(wěn)定性及生物材料表面與該裝置置于其中或其上的身體生物環(huán)境之間的相互作用等因素。對于某些應(yīng)用(例如再造彌補(bǔ)術(shù)、傷口修復(fù)、生物芯片集成、藥物釋放)，需要生物材料被侵蝕。所需的侵蝕程度將依賴于具體的應(yīng)用，但在許多情況下要求生物材料在其環(huán)境中足夠穩(wěn)定，即經(jīng)過很長時間才發(fā)生腐蝕。對于其他應(yīng)用(例如生物傳感、生物過濾、神經(jīng)接合)，需要在生物材料與其環(huán)境之間的穩(wěn)定界面，即要求生物材料存在很少或優(yōu)選不存在腐蝕。特別是對于生物過濾應(yīng)用，還要求生物材料是多孔的，實(shí)際上經(jīng)常是高度多孔的。對穩(wěn)定性和多孔性的要求經(jīng)常是沖突的，這是因?yàn)椴牧媳恢瞥筛嗫椎臅r，其穩(wěn)定性通常會下降。
多年以來由于其被認(rèn)知的生物不相容性，硅一直未被考慮作為可生存的生物材料。最近顯示通過在硅中引入不同水平的孔隙率，可以提高其生物相容性。多孔硅雖然在某些生物環(huán)境中是生物相容的，但尚未發(fā)現(xiàn)它在活性人體或動物體或其模擬體中是穩(wěn)定的。在幾天或甚至幾小時后發(fā)生腐蝕。但是，如上所述，存在許多要求生物材料穩(wěn)定性或至少基本穩(wěn)定性的應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用作生物材料的衍生多孔硅。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括衍生多孔硅的生物材料。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了包括衍生多孔硅的生物醫(yī)用裝置。
毫無疑問，衍生多孔硅被作為具有基本單分子層的多孔硅，單分子層與其表面的至少一部分共價鍵合。多孔硅表面包括孔的表面。眾所周知多孔硅是通過在HF基溶液中陽極氧化、染色腐蝕或光化學(xué)刻蝕而成孔的。由這種方法制成的多孔硅孔隙率大于0.1％且更一般地大于1％。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對多孔硅進(jìn)行衍生可提高其穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了包括衍生多孔硅的生物過濾裝置。
生物過濾裝置可適應(yīng)在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。生物過濾裝置可適應(yīng)在體外使用。生物過濾裝置可包括一個或多個衍生多孔硅過濾器。每個或一些過濾器優(yōu)選起分子篩的作用。它們優(yōu)選允許一些分子如營養(yǎng)物和廢產(chǎn)物通過它們，但阻止其他分子例如免疫系統(tǒng)組分如巨噬細(xì)胞和免疫球蛋白分子通過它們。每個或某些過濾器的孔尺寸優(yōu)選決定著通過它們的分子。每個或某些過濾器的直徑可以在15-50nm范圍。每個或某些過濾器可以具有幾微米的厚度。每個或某些過濾器的孔隙率優(yōu)選至少為5％，并且可以為10％或15％或更高。
生物過濾裝置可構(gòu)成多元裝置的一部分。多元裝置可適應(yīng)在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。多元裝置可以是生物傳感器。生物傳感器可適應(yīng)在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。生物傳感器可監(jiān)測身體的一個或多個生理功能。生物傳感器可監(jiān)測身體的一種或多種流體的一個或多個方面。生物傳感器可監(jiān)測體內(nèi)的葡萄糖水平、和/或鋰離子水平和/或鉀和/或醇水平。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種包括衍生多孔硅的免疫隔離裝置。
免疫隔離裝置可適應(yīng)在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。免疫隔離裝置可適用于體外。免疫隔離裝置可包括厚度優(yōu)選小于或等于500μm的硅膠囊。免疫隔離裝置，且優(yōu)選膠囊可裝有一個或多個衍生多孔硅過濾器。衍生多孔硅可以是衍生中孔硅。每個或某些過濾器優(yōu)選將免疫系統(tǒng)的至少一些分子排斥在裝置外。這種分子可以是例如巨噬細(xì)胞和免疫球蛋白分子。每個或某些過濾器優(yōu)選允許非免疫系統(tǒng)分子進(jìn)出該裝置。這種分子可以是例如營養(yǎng)物或廢產(chǎn)物。每個或某些過濾器的孔尺寸優(yōu)選決定著通過它們的分子。每個或某些過濾器孔的直徑優(yōu)選在15-50nm范圍。每個或某些過濾器可通過陽極氧化膠囊的一部分或多部分而制備。每個或某些過濾器可以具有幾微米的厚度。每個或某些過濾器的孔隙率優(yōu)選至少為5％，并且可以為10％或15％或更高。
可將細(xì)胞置于該裝置內(nèi)以將其與免疫系統(tǒng)的組分隔離，并且可在每個或某些衍生多孔硅過濾器的內(nèi)表面進(jìn)行培養(yǎng)。這種細(xì)胞可以是分泌胰島素的細(xì)胞(胰島)、釋放纖毛狀向神經(jīng)因子以治療肌萎縮性骨髓側(cè)索硬化的幼倉鼠腎細(xì)胞、治療頑固性疼痛的牛腎上腺嗜鉻性細(xì)胞。在這種情況下，每個或某些過濾器的孔尺寸優(yōu)選足夠大以允許細(xì)胞的營養(yǎng)物擴(kuò)散到裝置中而廢產(chǎn)物和胰島素?cái)U(kuò)散到裝置外，但尺寸分布應(yīng)將免疫系統(tǒng)的所有細(xì)胞和特異蛋白質(zhì)排斥在裝置外。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種包括衍生多孔硅的電池裝置。
電池裝置可適應(yīng)在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。電池裝置可適用于體外。該電池裝置可包括電源。電源可包括一個或多個發(fā)光的生物發(fā)光生物體。每個或某些生物體可以是通常用綠熒光蛋白質(zhì)(GFP)修飾的微生物體。這樣優(yōu)選實(shí)現(xiàn)了高量子產(chǎn)率(大于50％)并且電力足以驅(qū)動CMOS晶體管。每個或某些生物體可包含在ATP、Mg2+、氧和熒光素存在下產(chǎn)生560nm光的熒光素酶。優(yōu)選包含營養(yǎng)物如葡萄糖的體液為生物體提供連續(xù)的能源。電池裝置可包括一個或多個光電探測器，如p-n結(jié)或p-i-n結(jié)。它們可將由每個或某些生物體產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)化成電能。每個或某些光電探測器可與一個或多個鏡子聯(lián)用以增強(qiáng)聚光效率。
電源可以是電化學(xué)電源。它可包括至少一對電極。能量可由電子從電極中轉(zhuǎn)移出入而產(chǎn)生。每對電極可包括不同的金屬，例如鋁和銀。這種電源優(yōu)選產(chǎn)生至少0.8V的電壓。每對電極可帶有一種與一個電極相連的酶。該酶可以是葡萄糖氧化酶。優(yōu)選向電池提供葡萄糖，與葡萄糖氧化酶反應(yīng)產(chǎn)生過氧化氫，接著與另一個電極反應(yīng)，使電子在電極間轉(zhuǎn)移。這種電源優(yōu)選產(chǎn)生至少2V的電壓。
電池裝置可包括硅盒。電池裝置，且優(yōu)選硅盒可裝有一個或多個衍生多孔硅過濾器。衍生多孔硅可以是衍生中孔硅。每個或某些過濾器優(yōu)選將對電源有害的物質(zhì)排除在電池裝置外。這種物質(zhì)可包括免疫系統(tǒng)分子、蛋白質(zhì)和酶。每個或某些過濾器優(yōu)選允許對電源有利的物質(zhì)進(jìn)入電池裝置。這種物質(zhì)可包括營養(yǎng)物如葡萄糖和水及廢產(chǎn)物。每個或某些過濾器優(yōu)選允許由電源產(chǎn)生的物質(zhì)排出電池裝置。這種物質(zhì)可包括廢產(chǎn)物。每個或某些過濾器的孔尺寸優(yōu)選決定著通過它們的物質(zhì)。每個或某些過濾器的孔直徑優(yōu)選在15-50nm范圍。每個或某些過濾器可以通過陽極氧化電池裝置、優(yōu)選硅盒的一部分或幾個部分而產(chǎn)生。每個或某些過濾器可具有幾微米的厚度。每個或某些過濾器的孔隙率優(yōu)選至少為5％，且可以為10％或15％或更高。
電池裝置可為一個或多個裝置提供能量。這些裝置可適用于人體或動物體內(nèi)或表面上，或使用于體外。可在電池裝置和每個裝置之間安裝電接線。每個或某些裝置可以是微流體藥物釋放裝置、生物傳感器、神經(jīng)刺激裝置、識別/標(biāo)記裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種包括衍生多孔硅的光學(xué)裝置。
激光和一般光學(xué)正日益增長地用于健康護(hù)理以進(jìn)行非侵入性/最小侵入性診斷和治療。為人熟知的實(shí)例包括用于監(jiān)測血氧化水平的脈沖血氧定量法、用于癌癥檢測的內(nèi)窺鏡熒光成像技術(shù)、光動力學(xué)療法(PDT)、對葡萄糖進(jìn)行監(jiān)測的非侵入性光譜法等。所有光學(xué)診斷技術(shù)的有意義之處在于可量化/控制光在檢測之前在體內(nèi)從所用光源經(jīng)過的路徑長度。諸如PDT的技術(shù)的有意義之處在于可將對治療中的癌變點(diǎn)周圍的健康組織的損害最小化。兩種問題均出自組織的不均勻，高度散射的光學(xué)性能。
該裝置可適應(yīng)在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。該裝置可適用于體外。該裝置可與光源聯(lián)用。該裝置優(yōu)選控制來自光源的光的路徑長度。這可通過在體內(nèi)適當(dāng)放置該裝置而實(shí)現(xiàn)。
光學(xué)裝置可包括高的，優(yōu)選大于95％反射率的結(jié)構(gòu)。光學(xué)裝置可包括多層鏡子。多層鏡子可由一系列衍生的多孔硅材料的交替層組成，所述衍生的多孔硅材料為具有第一孔隙率和第一折射率的衍生多孔硅材料及具有第二孔隙率和高于第一折射率的第二折射率的衍生多孔硅材料?？紫堵士膳c折射率成反比。第一孔隙率可具有40％左右的值，而第二孔隙率可具有90％左右的值。第一孔隙率可具有50％左右的值，而第二孔隙率可具有71％左右的值。硅材料層優(yōu)選具有范圍在入射到其上的光波長四分之一左右的厚度。該層厚度優(yōu)選位于50-1000nm范圍。如果入射到層上的光在可見光譜的藍(lán)區(qū)，即波長約為400nm，則該層的厚度優(yōu)選在100nm左右。如果光在近紅外光譜，即波長約為2μm，則該層的厚度優(yōu)選在500nm左右。當(dāng)入射到鏡子上的光在可見光或近紅外光譜區(qū)，該層的折射率優(yōu)選在1.3-3.5范圍。鏡子的反射率優(yōu)選在對應(yīng)入射到其上光波長的單一或一定范圍的波長是高的(例如高于95％)。這稱作鏡子的阻帶。波長位置和阻帶寬度優(yōu)選由鏡子組套的設(shè)計(jì)、由諸如所用硅材料的孔隙率等特性、以及層的數(shù)目和厚度控制。阻帶的中心波長(稱為Bragg波長，λBragg)由下式給出mλBragg＝2(d1n1+d2n2)其中m為Bragg條件的階次，d代表層厚度，n代表折射率，下標(biāo)1和2代表第一和第二折射率?？蛇x擇層的折射率使鏡子的阻帶位于700-1000nm范圍。這是活性組織具有“光學(xué)窗口”的光譜范圍。優(yōu)選獲得非常高的優(yōu)選高于95％反射率水平。
與以前已知的裝置相比，在這類光學(xué)裝置中使用衍生多孔硅提高了其穩(wěn)定性，并且提供了一種延長其體外或活性人體或動物體內(nèi)或表面壽命的方法。例如，未衍生的多孔硅多層鏡子在幾天內(nèi)就會在模擬的人體血漿(SHP)中溶解，而衍生的鏡子在SHP中幾個星期或幾個月還是穩(wěn)定的。當(dāng)用在體內(nèi)時，光學(xué)裝置優(yōu)選最終可在體內(nèi)降解。這樣一旦不再需要時就不必通過外科手術(shù)方式取出，并可以避免涉及永久植入裝置的問題。
光學(xué)裝置優(yōu)選至少是基本疏水的。這就限制了裝置被水性流體如體液潤濕的可能，否則體液將透過裝置引起其腐蝕，特別是從內(nèi)部。這樣疏水裝置的腐蝕就由表面進(jìn)攻支配。
鏡子的反射率可依賴于鏡子中層的數(shù)目。但是，反射率一般不隨層的數(shù)目線性增加，而是在經(jīng)過一些層，例如十層(稱作飽和層)后飽和，即達(dá)到最大值。在該數(shù)目上增加另外的層不能顯著提高反射率。鏡子可包括許多大于飽和反射率所要求層數(shù)目的層。入射在鏡子上的光將與飽和層互相作用。其下的層最初將是“多余”的層，并且對鏡子的反射率基本無貢獻(xiàn)。當(dāng)鏡子的腐蝕由表面進(jìn)攻支配時，隨著其層被腐蝕掉，鏡子的反射率至少最初將不受顯著影響。這是因?yàn)楫?dāng)層被腐蝕除去時，從前多余的層變成飽和層之一，保持了這些層的數(shù)目。這將繼續(xù)，直到層的數(shù)目落在飽和所要求的數(shù)目之下，鏡子的反射率則將開始下降。通過使多余層的數(shù)目大于飽和所要求的層數(shù)目，最大反射率可保持，直到鏡子實(shí)質(zhì)上被腐蝕掉。如果腐蝕速率是已知的，則可選擇多余層的數(shù)目以確保鏡子的反射率在要求鏡子運(yùn)行的整個期間保持最大值。鏡子在被再吸收之前在體外或在活性人體或動物體內(nèi)或表面上的持續(xù)時間可通過其中的層數(shù)目來調(diào)節(jié)。
光學(xué)裝置在體外或在活性人體或動物體內(nèi)或表面上能夠結(jié)合到骨上。這可能是由于衍生多孔硅的骨結(jié)合能力。當(dāng)在活性體中使用時，可將光學(xué)裝置置于骨上，優(yōu)選靠近皮膚。光學(xué)裝置可放在皮下位置。光學(xué)裝置可與內(nèi)窺鏡一起使用。對于侵入型治療應(yīng)用，光學(xué)裝置可構(gòu)成較大光學(xué)空腔裝置或微型光學(xué)裝置的一部分。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種包括衍生多孔硅的心血管裝置。
心血管裝置可適應(yīng)在活性人體或動物體內(nèi)或表面上、或體外運(yùn)行。該裝置可直接與血液接觸并可能延長與血液的接觸。在這種情況下，衍生多孔硅優(yōu)選是與血液相容的，并且優(yōu)選調(diào)節(jié)其表面以避免在其上發(fā)生凝血和/或鈣化。已知未衍生的大顆粒硅在研究血液凝結(jié)過程中會形成血栓。
衍生的多孔硅優(yōu)選在其表面上連有一個或多個有機(jī)基團(tuán)。有機(jī)基團(tuán)可包括親水的聚合物基團(tuán)，例如聚環(huán)氧乙烷、和/或疏水的聚合物基團(tuán)，例如聚氨酯。聚合物基團(tuán)可包含極性磷脂基團(tuán)。已知這種有機(jī)基團(tuán)給出了比氧化硅更好的血液相容性，氧化硅是在生理?xiàng)l件下未衍生多孔硅的通常表面組分。有機(jī)基團(tuán)也可根據(jù)其結(jié)合物質(zhì)，如肝磷脂、白蛋白、磷酸膽堿或其他生物試劑的能力來選擇。有機(jī)基團(tuán)還可根據(jù)其促進(jìn)寄主細(xì)胞過度生長，例如內(nèi)皮細(xì)胞(排列在血管內(nèi)表面的細(xì)胞)過度生長的能力來選擇。衍生多孔硅優(yōu)選具有抗鈣化試劑可置于其中的高表面積/體積基體。使用衍生多孔硅可將已知促進(jìn)鈣化的一個因素，即腐蝕降到最低程度。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種包括衍生多孔硅的微電極裝置。
微電極裝置可適應(yīng)在活性人體或動物體內(nèi)或表面上、或體外運(yùn)行。商業(yè)上的生物醫(yī)用微電極經(jīng)常使用多孔涂料來改進(jìn)組織的集中性并由此降低界面阻抗。但是這種多孔涂料在電偏壓下時必須保持傳導(dǎo)性并具有優(yōu)異的耐腐蝕性。未衍生多孔硅微電極在多數(shù)pH大于7的生理?xiàng)l件下，例如在軟組織、骨骼、肌肉和血液中會發(fā)生顯著的腐蝕。對電極施加電偏壓，對應(yīng)于正表面電荷，將加速這種降解。阻抗將隨時間增大而且交流電漂移也將是不可接受的。在制造微電極裝置時使用衍生多孔硅會設(shè)法減輕這些問題。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種包括衍生多孔硅的傷口修復(fù)裝置。
傷口修復(fù)裝置可適應(yīng)在活性人體或動物體內(nèi)或表面上、或體外運(yùn)行。傷口修復(fù)裝置可包括衍生多孔硅微脈管。這種裝置是多孔的但至少在體外及活性人體或動物體內(nèi)或表面上基本是穩(wěn)定的?？捎美缫环N或多種生物活性試劑如抗生素和/或銀浸漬該裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供了一種包括衍生多孔硅的放射治療裝置。
放射治療是一種有效治療癌癥的方法。已研制出玻璃微球用于原位輻射。將放射性活性材料植入到玻璃中，玻璃在體液中必須具有非常低的腐蝕速率以確保對周圍器官的輻射劑量最小。使用衍生多孔硅制造放射治療裝置確保其在體外或活性人體或動物體內(nèi)或表面上的良好穩(wěn)定性。可將衍生多孔硅顯微機(jī)械加工成各種形狀，可將裝置成形以與準(zhǔn)備相連的生理位置，例如骨腫瘤匹配。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供了一種包括衍生多孔硅的藥物釋放裝置。
藥物釋放裝置可適應(yīng)在活性人體或動物體內(nèi)或表面上、或體外運(yùn)行。通過使用衍生多孔硅，該裝置的穩(wěn)定性比已存在的裝置的穩(wěn)定性有顯著改善，并且藥物的有效負(fù)載優(yōu)選得到改進(jìn)。該裝置可以長期釋放(即多個月一到多年)。衍生優(yōu)選還提供了將一系列治療元素和/或低分子量藥物分子共價結(jié)合到衍生多孔硅內(nèi)表面的方法。裝置穩(wěn)定性的改進(jìn)優(yōu)選有助于藥物釋放的電控制。衍生多孔硅可包括一個或多個與其表面結(jié)合的官能團(tuán)。優(yōu)選這樣可防止下面的硅腐蝕。它們最終可降解，例如在生理?xiàng)l件下可被再吸收。它們優(yōu)選降解為無毒產(chǎn)物。它們可以是可被再吸收的聚合物，這些聚合物經(jīng)過長期水解后可降解成CO2和水。
衍生多孔硅優(yōu)選通過不涉及硅氧化的技術(shù)進(jìn)行衍生。該技術(shù)可得到具有Si-R端基的衍生多孔硅，其中R為通過Si-C鍵與硅相連的一個或多個官能團(tuán)。使用該技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。衍生多孔硅比未衍生多孔硅更穩(wěn)定。通過Si-C鍵將硅封端可防止硅氧化，即在其表面上形成Si-Ox鍵。這樣保持了該材料的半導(dǎo)體特性，氧化硅為絕緣體。
多孔硅優(yōu)選通過氫化硅烷化，且更優(yōu)選通過路易斯酸作媒介的氫化硅烷化進(jìn)行衍生。路易斯酸可以是EtAlCl2。氫化硅烷化優(yōu)選包括多孔硅表面的共價改性，優(yōu)選通過炔和/或烯的氫化硅烷化產(chǎn)生與多孔硅表面相連的乙烯基和/或烷基基團(tuán)。
衍生優(yōu)選改進(jìn)了多孔硅在氧化條件下的穩(wěn)定性。衍生的多孔硅優(yōu)選在充氣水中沸騰至少兩個小時是穩(wěn)定的。未改性(即未衍生)多孔硅在沸水中一小時后即發(fā)生顯著氧化和降解。衍生多孔硅優(yōu)選在充氣的KOH(pH 10)水溶液和25％EtOH/75％KOH(pH 10)水溶液的堿性溶液中沸騰一小時至少是基本穩(wěn)定的。未改性多孔硅在這樣的條件下迅速溶解。
根據(jù)孔隙率特性可將多孔硅再細(xì)分。微孔硅包含直徑小于20的孔；中孔硅包含直徑為20-500的孔；而大孔硅包含直徑大于500的孔。衍生多孔硅可以是衍生中孔硅。
衍生中孔硅材料在模擬的人血漿中的腐蝕速率優(yōu)選比未衍生中孔硅的低至少兩個數(shù)量級。
衍生多孔硅的孔隙率優(yōu)選至少為5％(即其空穴分?jǐn)?shù)或空氣百分比可為5％)，但可高達(dá)60％或70％，80％或90％。這種高孔隙率材料的穩(wěn)定性證明首次實(shí)現(xiàn)了(a)沒有嚴(yán)重氧化并因此保持半導(dǎo)體特性同時(b)對生理環(huán)境較穩(wěn)定的高孔隙率結(jié)構(gòu)。對比可見，未衍生高孔隙率(75％)中孔硅在pH為7的生理?xiàng)l件下發(fā)生一定程度的腐蝕，并且可在體外及體內(nèi)被再吸收。發(fā)現(xiàn)這種未衍生中孔硅的薄膜(5-10μm厚)在模擬的人血漿中一天后溶解。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，提供了一種包括下列器件的腐蝕分析系統(tǒng)(a)電磁輻射源；(b)電磁輻射檢測器；(c)處理裝置；其特征在于使用時將輻射源設(shè)置為能夠輻照至少一個多層多孔硅或衍生多孔硅鏡子，將檢測器設(shè)置為能夠檢測從所述至少一面鏡子上反射的輻照，并將處理裝置調(diào)節(jié)為能夠處理由所述檢測器產(chǎn)生的信號以生成與每一個鏡子的腐蝕有關(guān)的信息。
例如輻射源和檢測器可形成測定鏡子反射比或透射比的分光計(jì)的一部分。腐蝕可由鏡子被植入動物或人體中引起。
可將處理裝置調(diào)節(jié)為能夠處理由所述檢測器產(chǎn)生的信號以得到在每個鏡子中存在的層的數(shù)目。
腐蝕可導(dǎo)致形成鏡子的層的數(shù)目減少?？烧{(diào)節(jié)處理裝置以提供與損失層數(shù)或殘存層數(shù)相關(guān)的信息。
或者可將處理裝置調(diào)節(jié)為能夠處理由所述檢測器產(chǎn)生的信號以得到從每個鏡子中刻蝕掉的任何物質(zhì)的數(shù)量。
鏡子可包括一種物質(zhì)，如藥物或礦物質(zhì)。隨著鏡子被腐蝕，該物質(zhì)釋放到動物或人體中?？蓪⑻幚硌b置調(diào)節(jié)為能夠得到與從腐蝕中損失物質(zhì)的數(shù)量相關(guān)的信息，或者與殘存在鏡子未被腐蝕部分中的物質(zhì)的數(shù)量相關(guān)的信息。
腐蝕分析系統(tǒng)可進(jìn)一步包括所述的至少一面鏡子。
現(xiàn)在將通過舉例的方式，參考


本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖1是氫化物封端的多孔硅通過以路易斯酸為媒介的1-十二炔的氫化硅烷化反應(yīng)而衍生的草圖；圖2(a)，(b)，(c)和(d)顯示了未衍生多孔硅(a，b)在SHP暴露之前和衍生多孔硅(c，d)浸漬在SHP中4周之后的平面和橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；圖3(a)，(b)和(c)顯示了未衍生多孔硅表面在SHP中時間變化為(a)1小時，(b)5小時，(c)70小時后的平面SEM圖像；圖4(a)，(b)和(c)顯示了(a)衍生多孔硅在SHP暴露之前但在老化即在空氣中儲存6周后，(b)未衍生多孔硅在SHP暴露5小時后，和(c)衍生多孔硅在SHP暴露4周后氧含量的次級離子質(zhì)譜(SIMS)深度曲線圖；圖5(a)，(b)和(c)顯示了(a)新衍生的多孔硅，(b)衍生多孔硅在SHP中4周后，和(c)衍生多孔硅在環(huán)境空氣中2個月后的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)圖；圖6(a)和(b)顯示了免疫隔離裝置的橫截面和平面圖；圖7顯示了電池裝置第一個實(shí)施方案的橫截面草圖；圖8顯示了電池裝置第二個實(shí)施方案的橫截面草圖9顯示了多層鏡子的草圖；圖10(a)和(b)顯示了衍生多孔硅鏡子的EDAX結(jié)果；圖11顯示了于SHP中在包含十二烯基封端多孔硅的80層鏡子上的培養(yǎng)效果；圖12顯示了于SHP中在包含十二烷基封端氧化多孔硅的40層鏡子上的培養(yǎng)效果；圖13(a)和(b)顯示了包含十二烯基封端氧化多孔硅的80層鏡子浸漬在SHP中之前和之后的反射光譜；圖14顯示了反射率隨衍生多孔硅層數(shù)變化的理論預(yù)測值；圖15顯示了根據(jù)本發(fā)明的生物過濾裝置的草圖；圖16顯示了根據(jù)本發(fā)明的心血管裝置；圖17(a)顯示了根據(jù)本發(fā)明的傷口修復(fù)裝置的一部分的草圖；圖17(b)顯示了根據(jù)本發(fā)明的微電極裝置的草圖；圖18(a)顯示了根據(jù)本發(fā)明的放射治療裝置的草圖；圖18(b)顯示了根據(jù)本發(fā)明的藥物釋放裝置的一部分的草圖；和圖19顯示了根據(jù)本發(fā)明的腐蝕分析系統(tǒng)。
圖1顯示了在硅片上進(jìn)行衍生過程的草圖。它們是電阻系數(shù)為7.5-8.5Ωcm的(100)p-型硼摻雜晶片。預(yù)先在黑暗中于體積比為1∶1的48％HF∶C2H5OH混合物中在1.7mAcm-2將它們恒電流陽極化5分鐘生成多孔硅單層。該多孔硅單層在其整個厚度中具有基本均勻的孔隙率。隨后用乙醇和過量干燥的己烷沖洗，不允許晶片的中間干燥。然后進(jìn)行衍生反應(yīng)，使用路易斯酸(EtAlCl2)為媒介的氫化硅烷化以替代晶片的硅烷端基。用1-十二炔進(jìn)行氫化硅烷化并得到十二烯基封端的表面。以路易斯酸為媒介的氫化硅烷化是以下列方式進(jìn)行的使路易斯酸(EtAlCl2)的己烷溶液與新陽極化的多孔硅樣品(包括具有均勻孔隙率的單層)的表面接觸。隨后將1-十二炔也放在多孔硅的表面上并使后繼反應(yīng)在20℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行1小時。然后用THF，隨后用CH2Cl2將樣品猝滅。整個過程，即從使用路易斯酸到用CH2Cl2猝滅是在惰性氣氛中完成的。隨后用乙醇沖洗衍生的樣品并在N2氣流下干燥。
所得表面被一層十二烯基基團(tuán)覆蓋。這種衍生材料即使是在沸騰的KOH的堿性溶液(pH 10)中1小時也只發(fā)生少量程度的氧化。鑒于此，通常使用強(qiáng)堿性溶液來選擇性地在室溫于幾秒至幾分鐘內(nèi)從晶片中溶解許多微米多孔硅。
就這種晶片對生理環(huán)境(pH 7.3)的響應(yīng)進(jìn)行評價。將衍生材料暴露在SHP中并通過掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)和次級離子質(zhì)譜(SIMS)檢測其腐蝕、氧化和鈣化程度。將之與未衍生并因此帶有氫化物端基的具有相同微結(jié)構(gòu)的對照晶片作對比。
將衍生和對照晶片在37℃于非細(xì)胞SHP中培養(yǎng)幾小時至幾星期。SHP的離子濃度如下
圖2(a)和2(b)顯示了對照晶片在暴露于SHP前的表面形態(tài)。晶片的多孔硅層較薄(在155mm2陽極化區(qū)域的中心為275±15nm，逐漸增加至其周邊的350±15nm)，并且具有一些由箭頭指示的納米級表面微粒污染。圖3(a)顯示了對照材料在暴露于這種模擬生理環(huán)境中一小時內(nèi)所發(fā)生的表面粗糙度的快速增長。5小時后(圖3(b))有發(fā)生結(jié)合的溶解-沉積過程的跡象，并且70小時后(圖3(c))大面積的對照晶片被完全除去，殘存者具有非常粗糙的外觀。
圖2(c)和2(d)顯示了衍生晶片浸漬在SHP中4周后的表面形態(tài)。完全不同的是衍生多孔硅層的厚度基本未變。與圖2(a)相比，圖2(c)表面形態(tài)的多數(shù)變化可能是由于非常薄的SHP沉積物。用箭頭標(biāo)識的納米級凹痕腐蝕似乎與陽極化后但衍生反應(yīng)前存在的表面微粒有關(guān)。假設(shè)它們局部地遮蓋住一小部分使之沒有十二烯基端基，這部分隨后會變成下陷區(qū)，這種形式的腐蝕既不是衍生方法也不是衍生材料所固有的。
對比圖2和3，進(jìn)一步觀察到70小時后多數(shù)275nm厚的未衍生多孔硅層已被完全除去，表明通過該衍生過程引起了穩(wěn)定性的巨大變化。從圖2(a)和2(d)及圖4可估算出在約4周(700小時)期間衍生材料的任何層變薄≤25nm，而對于未衍生對照材料經(jīng)過70小時后變薄平均約為250nm。因此在這樣的時間期間并在這種生理?xiàng)l件下腐蝕速率降低了至少100倍。
對衍生多孔硅被SHP滲透及進(jìn)行氧化的程度進(jìn)行了研究。SIMS曲線顯示了貫穿晶片深度的Na，K，Cl，Mg和Ca的基本水平。因?yàn)檫@些元素存在于SHP中但在新刻蝕和老化(環(huán)境空氣中)的多孔硅中水平均非常低，所以SHP溶液在某種程度上滲透到硅孔中幾乎是無疑問的。圖4(a)，(b)和(c)對比了在老化的衍生多孔硅中的氧水平和SHP處理的未衍生及衍生多孔硅中的氧水平。SIMS分析是針對所述三種材料中的每一種的陽極化區(qū)域的周邊進(jìn)行的，其中橫截面SEM圖像顯示初始晶片厚度為315±15nm。未衍生多孔硅在SHP中5小時后比衍生多孔硅浸漬4周后具有更高的氧化程度(且顯著變薄)。但是，與在空氣中儲存6周的衍生多孔硅相比，衍生多孔硅在SHP中顯然發(fā)生了某些額外的氧化。
以上由FTIR分析得到證實(shí)(圖5)。反向與氧結(jié)合的硅的相對量看來與環(huán)境空氣中老化的對照材料類似，但在SHP浸漬材料中約1100cm-1處的Si-O伸縮振動模式顯著增加。這與多孔硅骨架進(jìn)行水解一致，但其疏水表面基團(tuán)保護(hù)表面不變。從圖5(a)和5(b)的對比觀察中可見浸漬在SHP中4周后ν(C＝C)伸縮振動強(qiáng)度消失，可能是因?yàn)樵谶@些條件下占優(yōu)勢的順式形式雙鍵異構(gòu)化為熱力學(xué)上更穩(wěn)定的反式構(gòu)象。在多孔硅材料儲存在空氣中6周的情況中，出現(xiàn)烴雜質(zhì)的吸收，這可分別由2690cm-1和2925cm-1處ν(CH2)和ν(CH2)比例的變化，以及1460cm-1處δ(CH2)強(qiáng)度的增加來證實(shí)。
圖6(a)和(b)顯示了包含胰島素分泌細(xì)胞的免疫隔離裝置的橫截面和平面圖。它包括一個單晶硅晶片1的膠囊，該膠囊?guī)в幸粋€包含胰島素分泌細(xì)胞的儲槽2、一個衍生中孔硅過濾器3和一個由衍生中孔硅過濾器5提供的蓋子。將該膠囊用于活性人體或動物體中，細(xì)胞通過過濾器與身體分界。
儲槽是使用各向異性刻蝕劑如KOH來光刻限定的。膠囊蓋包括一層市售的硅薄膜，并使用一層非常薄，例如小于1μm的已知可防止水解的醫(yī)用粘合劑，如氰基丙烯酸酯或牙科粘合劑或硅樹脂彈性體粘結(jié)到膠囊上?；蛘?，可以使用直接的硅與硅結(jié)合或硅與SiOx與硅的結(jié)合，是通過不會將膠囊溫度升高超過30℃的方法形成的，以便不損害細(xì)胞。膠囊從過濾器3至過濾器5的尺寸為500μm或更小。這可以保證胰島素分泌細(xì)胞距離血管或其他營養(yǎng)源不超過500μm，超過500μm會導(dǎo)致它們工作惡劣或甚至死亡?？梢缘玫礁竦哪z囊，它們具有能夠容納更多數(shù)目細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)。但是，這種膠囊的內(nèi)表面必須植入諸如內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞以幫助支撐置于膠囊中的細(xì)胞。衍生多孔硅過濾器3，5是通過陽極化膠囊及其蓋的部分而得到的。它們具有幾個微米的厚度，50nm直徑的孔的孔隙率超過5％而15-30nm直徑的孔的孔隙率超過15％。這就允許足夠的營養(yǎng)物水平到達(dá)胰島素分泌細(xì)胞，并且具有足夠的擴(kuò)散量允許快速釋放胰島素以響應(yīng)身體中葡萄糖水平的變化。
圖7顯示了電池第一個實(shí)施方案的橫截面草圖。它包括一個帶有第一和第二衍生中孔硅過濾器2，3、及第一和第二光檢測器4，5的基本中空的硅箱1。光檢測器是由硅制成的并且包括p-n結(jié)。該箱的洞穴6內(nèi)包含一種含有綠色熒光蛋白質(zhì)的生物發(fā)光有機(jī)體。由該有機(jī)體產(chǎn)生的光被光檢測器4，5接收，并轉(zhuǎn)換成電能。過濾器2，3允許營養(yǎng)物如葡萄糖進(jìn)入箱子和使廢產(chǎn)物離開箱子，但阻止可能破壞該有機(jī)體的免疫系統(tǒng)組分進(jìn)入該箱。
圖8顯示了電池第二個實(shí)施方案的橫截面草圖。它包括本體無孔硅1，2的第一和第二層、及第一和第二衍生多孔硅過濾器3，4。第一和第二電極5，6被夾持在本體硅層之間。本體硅和多孔硅之間形成的洞穴7包含流體，例如體液。第一電極5包括鋁，而第二電極6包括銀。在電極之間通過流體發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生電能。該電極系統(tǒng)產(chǎn)生約0.8V的電壓，并且具有由電極面積決定的短路電流。電極上裝有電接線(未示出)以將能量導(dǎo)出電池。過濾器2，3阻止對電極有害的物質(zhì)接觸它們。在一個進(jìn)一步的實(shí)施方案中，第一電極5含有固定在其上的葡萄糖氧化酶。通過過濾器進(jìn)入電池的葡萄糖由酶催化產(chǎn)生過氧化氫。這在第二電極6中發(fā)生下列反應(yīng)
這導(dǎo)致在電極之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生電能。該電極系統(tǒng)產(chǎn)生約為2V的電壓。過濾器允許對電極有益的物質(zhì)如葡萄糖通過電池，但阻止對其有害的物質(zhì)進(jìn)入電池。
圖9為多層鏡子的草圖。制造了兩種類型的多層鏡子一種40層的鏡子和一種80層的鏡子。鏡子是使用20％的刻蝕HF酸通過陽極化電阻率為0.01Ωcm的p-型硅晶片而制造的。將電流調(diào)制在0.75A(4.5秒間隔)和4.55A(2.55秒間隔)之間。重復(fù)調(diào)制40個循環(huán)制得80層鏡子，或20個循環(huán)制得40層鏡子。以這種方式調(diào)制電流導(dǎo)致形成高和低孔隙率的多孔硅交替層1和2。高孔隙率多孔硅層1的孔隙率為71％，厚度為180nm；低孔隙率多孔硅層2的孔隙率為50％，厚度為90nm?？赏ㄟ^改變高和低電流間隔的持續(xù)時間來改變層的厚度。陽極化的晶片是天然的氧化物，將其儲存在環(huán)境空氣中兩年而鈍化。
40和80層鏡子是由兩種不同的方法衍生的。第一種方法類似于較早描述的衍生單層多孔硅的方法，即路易斯酸/十二炔氫化硅烷化方法。對于結(jié)合圖1描述的較早的方法，路易斯酸被涂敷在鏡子的多孔硅表面。隨后將1-十二炔也涂敷在該表面以發(fā)生氫化硅烷化。這種衍生方法得到十二烯基封端的多孔硅。但是與較早的方法相反，用HF預(yù)處理多孔硅以除去由于2年鈍化過程而存在的氧化物層。
衍生的第二種方法包括在室溫將鏡子浸漬在三氯十二烷基硅烷中24小時以產(chǎn)生十二烷基封端的氧化多孔硅。與第一種方法相反，未用HF預(yù)處理鏡子以除去由于鈍化過程形成的氧化物層。用乙醇沖洗樣品并在真空下干燥。
在模擬人血漿(SHP)中于37℃和pH 7.3培養(yǎng)衍生和未衍生的40和80層鏡子。在幾小時至許多月后取出鏡子并使用JEOL 6400F掃描電子顯微鏡分析組成。未衍生鏡子的電子顯微鏡結(jié)果顯示在培養(yǎng)幾小時內(nèi)就有腐蝕跡象，并且一天的培養(yǎng)足以引起鏡子在空氣干燥下瓦解。
發(fā)現(xiàn)用第一種或第二種方法衍生鏡子沒有引入由于干燥引起的裂紋或顯著的孔隙率梯度。示于圖10的EDAX結(jié)果證明貫穿鏡子的整個深度都浸漬著碳，說明鏡子的孔在衍生過程中未被堵塞。圖10a顯示了由第二種方法衍生的多孔硅鏡子的EDAX結(jié)果。圖10b顯示了由第一種方法衍生的多孔硅鏡子的EDAX結(jié)果。
圖11顯示了在SHP中于包含十二烯基衍生多孔硅的80層鏡子上進(jìn)行培養(yǎng)的效果。圖11a顯示的是培養(yǎng)前的鏡子，圖11b顯示的是經(jīng)過425小時培養(yǎng)后的鏡子，而圖11c顯示的是經(jīng)過2125小時培養(yǎng)后的鏡子。經(jīng)過425小時后原先80層中的72層保持完好，經(jīng)過2125小時后在羥磷灰石沉積物下約50層保持完好。這種最終的鈣化降低了溶解速率；衍生多孔硅層將用6個多月才能完全溶解。
圖12顯示了在SHP中于包含十二烷基衍生多孔硅的40層鏡子上進(jìn)行培養(yǎng)的效果。圖12a顯示的是培養(yǎng)前的40層鏡子，圖12b顯示的是經(jīng)過425小時培養(yǎng)后的40層鏡子，而圖12c顯示的是經(jīng)過2125小時培養(yǎng)后的鏡子。經(jīng)過2125小時后最頂層被嚴(yán)重氧化，但沒有溶解。如果假設(shè)腐蝕速率是線性的，完全溶解將花費(fèi)約10年時間。
圖13a和13b顯示了包含十二烯基封端的多孔硅的40層鏡子在浸漬在SHP中之前和之后的反射率光譜。圖13a顯示的是浸漬前的反射率而圖13b顯示的是浸漬2125小時后的反射率。這些結(jié)果顯示腐蝕結(jié)構(gòu)繼續(xù)起著鏡子的作用。
圖14顯示的是反射率隨衍生多孔硅層數(shù)變化的理論預(yù)測曲線。預(yù)測顯示即使只保留較少數(shù)目的層，反射率也保持很高。
圖15顯示了根據(jù)本發(fā)明由151代表的生物過濾裝置草圖。裝置151包括一個外殼152、一個葡萄糖傳感器153、一個空腔154、一個衍生多孔硅過濾器155和一個空腔封閉壁156。生物過濾裝置151是通過刻蝕硅晶片形成空腔154并隨后在對著空腔表面的表面上成孔而制造的。隨后對多孔硅進(jìn)行衍生，將傳感器153粘結(jié)在封閉壁156上，再將該壁粘結(jié)到外殼152上以使傳感器位于空腔154中。使用醫(yī)用粘合劑粘結(jié)傳感器153和封閉壁156以及封閉壁156和外殼152。
可將裝置151置于患者的血流或組織中。過濾器155允許葡萄糖分子通過，但阻止血細(xì)胞和其他材料到達(dá)葡萄糖傳感器153中。使用衍生多孔硅的優(yōu)勢在于它減少了材料在過濾器155上的沉積。在這種方式下在傳感器153和過濾器155上的沉積均最小。
圖16顯示了根據(jù)本發(fā)明的心血管裝置的草圖。所示心血管裝置整體由161代表，是一個包括支撐臺架162和血流傳感器163的展幅(stent)。展幅可用來支撐動脈壁164，保持其直徑；血流傳感器163檢測血流速率。傳感器163具有一個包括衍生多孔硅的外表面?？梢赃x擇衍生以使凝結(jié)和/或鈣化最小。
傳感器163允許監(jiān)測血流；如果檢測到不適當(dāng)?shù)难?，則使用藥物或?qū)颊哌M(jìn)行手術(shù)以糾正這種情況。包括衍生多孔硅的監(jiān)測血流或血壓的傳感器也可與其他心血管裝置如導(dǎo)液管聯(lián)合使用。
圖17a顯示了根據(jù)本發(fā)明的傷口修復(fù)裝置的一部分的草圖。修復(fù)裝置包括排列著插座172和插頭173的微脈管，它的一部分由171代表。插頭173由第一種硅晶片形成而插座由第二種硅晶片形成。與插頭173或插座172的側(cè)壁相對的每個硅晶片的側(cè)壁與待修復(fù)組織相連。隨后將兩個晶片一起拉伸以將插頭173固定在插座172中。以這種方式衍生多孔硅允許多孔硅的腐蝕速率可控并且降低了鈣化。使用多孔材料允許組織生長到孔中，促進(jìn)傷口修復(fù)。
圖17b顯示了根據(jù)本發(fā)明的整體由171代表的微電極裝置的草圖。該裝置包括一個包含衍生多孔硅的微電極174和一個電連線175；它可用于電刺激身體的一部分或在患者體內(nèi)監(jiān)測電活性?？刂葡到y(tǒng)(未示出)由于其較大而可放置在電刺激點(diǎn)的遠(yuǎn)處并通過電連線175與微電極174相連。微電極174的多孔特性便于組織集中，由此降低了界面阻抗。衍生減少了多孔硅的腐蝕，因此電極174的電性能保持相對恒定。
圖18a顯示了根據(jù)本發(fā)明的整體由181代表的放射治療裝置。放射治療裝置181包括與放射性同位素182如90Y結(jié)合的衍生多孔硅。該裝置為小球形式，可以植入到腫瘤區(qū)附近的器官中。
該小球可通過多步過程由氧化物晶片上的硅制成。第一步是通過光刻蝕本體硅層形成粘結(jié)在底層氧化硅上的多樣性硅顆粒。隨后在HF溶液中使硅顆粒成孔，在成孔期間用一個罩保護(hù)氧化硅層。摻雜放射性同位素182是通過將成孔顆粒浸漬在同位素182的水溶液中，然后蒸發(fā)而實(shí)現(xiàn)的。將現(xiàn)在在其孔183中含有同位素182的多孔硅退火以將放射性同位素182驅(qū)趕到骨架184中。退火溫度為300℃-1150℃，時間為30s-5h。摻雜多孔硅衍生后從氧化物基材中除去。
使用多孔硅允許在其整個體積中摻雜小球。放射性同位素182存在于小球的骨架184內(nèi)減少了同位素182泄漏到治療之處以外的身體部位。如果小球由大的結(jié)晶硅形成，則必須通過離子注入技術(shù)摻雜；這是一個較昂貴的技術(shù)，限制了摻雜深度。因此由大塊硅形成的小球?qū)?dǎo)致泄漏的危險(xiǎn)性增加。使用衍生多孔硅意謂著降低腐蝕速率，并因此降低放射性同位素182的損失。
圖18b顯示了根據(jù)本發(fā)明的整體由185代表的藥物釋放裝置的一部分的草圖。裝置185包括一個衍生多孔硅樣品，其中藥物化合物186的分子分散在孔187中。以能使藥物粘結(jié)到硅骨架188上的方式衍生多孔硅。以此方式進(jìn)行衍生允許實(shí)現(xiàn)藥物分子186恒定的釋放速率。
圖19顯示了根據(jù)本發(fā)明的整體由191代表的腐蝕分析系統(tǒng)。系統(tǒng)191包括一個電磁輻射源192、一個輻射檢測器193和一個包括衍生多孔硅的光學(xué)裝置195。通過照射鏡子195而操作裝置191。其后輻射由鏡子195反射并由檢測器193檢測。鏡子位于人或動物患者的身體194內(nèi)部。隨著鏡子在身體194中腐蝕，其光學(xué)性能改變，而這種變化可由檢測器193檢測。這樣鏡子195在身體194中的腐蝕情況可被監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種用作生物材料的衍生多孔硅。
2.一種包括衍生多孔硅的生物材料。
3.一種包括衍生多孔硅的生物醫(yī)用裝置。
4.一種包括衍生多孔硅的生物過濾裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的生物過濾裝置，適于在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5的生物過濾裝置，包括一個或多個衍生多孔硅過濾器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的生物過濾裝置，其中每個或某些過濾器用作分子篩。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的生物過濾裝置，其中每個或某些過濾器的孔尺寸決定著通過它們的分子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的生物過濾裝置，其中每個或某些過濾器的孔直徑為15-50nm。
10.一種包括衍生多孔硅的免疫隔離裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的免疫隔離裝置，適于在人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11的免疫隔離裝置，包括硅膠囊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的免疫隔離裝置，其中膠囊的厚度小于或等于500μm。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13任意一項(xiàng)的免疫隔離裝置，裝有一個或多個衍生多孔硅過濾器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的免疫隔離裝置，其中衍生多孔硅是衍生中孔硅。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15的免疫隔離裝置，其中每個或某些過濾器將至少一些免疫系統(tǒng)分子排斥在該裝置外。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的免疫隔離裝置，其中每個或某些過濾器的孔尺寸決定著通過它們的分子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的免疫隔離裝置，其中每個或某些過濾器的孔直徑為15-50nm。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18任意一項(xiàng)的免疫隔離裝置，其中每個或某些過濾器是通過陽極化膠囊的一部分或多個部分而制備的。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19任意一項(xiàng)的免疫隔離裝置，其中每個或某些過濾器具有幾個微米的厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求14-20任意一項(xiàng)的免疫隔離裝置，其中每個或某些過濾器的孔隙率至少為5％。
22.根據(jù)權(quán)利要求14-21任意一項(xiàng)的免疫隔離裝置，其中將細(xì)胞放置在膠囊內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的免疫隔離裝置，其中細(xì)胞為胰島素分泌細(xì)胞。
24.根據(jù)從屬于權(quán)利要求14-22任意一項(xiàng)的權(quán)利要求23的免疫隔離裝置，其中每個或某些過濾器的孔足夠大以讓細(xì)胞的營養(yǎng)物擴(kuò)散到裝置中，而廢產(chǎn)物和胰島素?cái)U(kuò)散到裝置外，但具有將免疫系統(tǒng)所有細(xì)胞和特異蛋白質(zhì)排除在裝置外的尺寸分布。
25.一種包括衍生多孔硅的電池裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的電池裝置，其適于在活性人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或權(quán)利要求26的電池裝置，其包括電源。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的電池裝置，其中電源包括一個或多個發(fā)光的生物發(fā)光生物體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的電池裝置，包括一個或多個將由每個或某些生物體產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)化為電能的光檢測器。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的電池裝置，其中電源為電化學(xué)電源。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的電池裝置，其中電源包括至少一對電極。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的電池裝置，其中每對電極包括不同的金屬。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的電池裝置，其中每對電極可具有附著在一個電極上的酶。
34.根據(jù)權(quán)利要求25-33任意一項(xiàng)的電池裝置，其包括硅箱。
35.根據(jù)權(quán)利要求25-34任意一項(xiàng)的電池裝置，其裝有一個或多個衍生多孔硅過濾器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的電池裝置，其中每個或某些過濾器將對電源有害的物質(zhì)排斥在電池裝置外。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或權(quán)利要求36的電池裝置，其中每個或某些過濾器允許對電源有益的物質(zhì)進(jìn)入電池裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求35-37任意一項(xiàng)的電池裝置，其中每個或某些過濾器允許由電源產(chǎn)生的物質(zhì)排出電池裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求35-38任意一項(xiàng)的電池裝置，其中每個或某些過濾器的孔尺寸決定著通過它們的物質(zhì)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的電池裝置，其中每個或某些過濾器的孔直徑為15-50nm。
41.根據(jù)權(quán)利要求35-40任意一項(xiàng)的電池裝置，其中每個或某些過濾器是通過陽極氧化電池的一部分或多個部分而制備的。
42.根據(jù)權(quán)利要求35-41任意一項(xiàng)的電池裝置，其中每個或某些過濾器具有幾個微米的厚度。
43.根據(jù)權(quán)利要求35-42任意一項(xiàng)的電池裝置，其中每個或某些過濾器的孔隙率至少為5％，并且可以為10％或15％或更高。
44.一種包括衍生多孔硅的光學(xué)裝置。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的光學(xué)裝置，其適于在活性人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
46.根據(jù)權(quán)利要求44或權(quán)利要求45的光學(xué)裝置，其適于與光源一起使用，并控制來自光源的光的路徑長度。
47.根據(jù)權(quán)利要求44-46任一項(xiàng)的光學(xué)裝置，其包括多層鏡子。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的光學(xué)裝置，其中多層鏡子由一系列交替的衍生多孔硅材料層組成，所述衍生多孔硅材料分別為具有第一孔隙率和第一折射率的衍生多孔硅材料及具有第二孔隙率和第二折射率的衍生多孔硅材料，第二折射率比第一折射率高。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的光學(xué)裝置，其中第一孔隙率的值在50％左右，而第二孔隙率的值在71％左右。
50.根據(jù)權(quán)利要求48或權(quán)利要求49的光學(xué)裝置，其中硅材料層的厚度為入射到其上的光波長的四分之一范圍內(nèi)。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的光學(xué)裝置，其中層厚度在50-1000nm范圍內(nèi)。
52.根據(jù)權(quán)利要求46-51任意一項(xiàng)的光學(xué)裝置，其中對應(yīng)于入射到其上的光的單一或一定范圍的波長，鏡子的反射率大于95％。
53.根據(jù)權(quán)利要求46-52任意一項(xiàng)的光學(xué)裝置，其中鏡子在SHP中數(shù)星期或數(shù)月是穩(wěn)定的。
54.根據(jù)權(quán)利要求44-53任意一項(xiàng)的光學(xué)裝置，其至少是基本疏水的。
55.根據(jù)權(quán)利要求44-54任意一項(xiàng)的光學(xué)裝置，其能夠粘結(jié)到骨上。
56.一種包括衍生多孔硅的心血管裝置。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的心血管裝置，其適于在活性人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
58.根據(jù)權(quán)利要求56或權(quán)利要求57的心血管裝置，其中衍生多孔硅是血液相容性的。
59.根據(jù)權(quán)利要求56-58任意一項(xiàng)的心血管裝置，其中調(diào)節(jié)衍生多孔硅的表面以避免其上的凝結(jié)和/或鈣化。
60.根據(jù)權(quán)利要求56-59任意一項(xiàng)的心血管裝置，其中衍生多孔硅具有一個或多個與其表面相連的有機(jī)基團(tuán)。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的心血管裝置，其中有機(jī)基團(tuán)包括親水聚合物基團(tuán)如聚環(huán)氧乙烷、和/或疏水聚合物基團(tuán)如聚氨酯。
62.根據(jù)權(quán)利要求56-61任意一項(xiàng)的心血管裝置，其中衍生多孔硅具有高表面積/體積的基體，該基體中植有抗鈣化試劑。
63.一種包括衍生多孔硅的微電極裝置。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的微電極裝置，其適于在活性人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
65.一種包括衍生多孔硅的傷口修復(fù)裝置。
66.根據(jù)權(quán)利要求65的傷口修復(fù)裝置，其適于在活性人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
67.根據(jù)權(quán)利要求65或權(quán)利要求66的傷口修復(fù)裝置，其包括衍生多孔硅微脈管。
68.根據(jù)權(quán)利要求63-67任意一項(xiàng)的傷口修復(fù)裝置，其用一種或多種生物活性試劑如抗生素和/或銀浸漬。
69.一種包括衍生多孔硅的放射治療裝置。
70.根據(jù)權(quán)利要求69的放射治療裝置，其適于在活性人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
71.根據(jù)權(quán)利要求69或權(quán)利要求70的放射治療裝置，其被成型以適合預(yù)計(jì)將其連接上去的生理點(diǎn)的形狀。
72.一種包括衍生多孔硅的藥物釋放裝置。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的藥物釋放裝置，其適于在活性人體或動物體內(nèi)或表面上運(yùn)行。
74.根據(jù)權(quán)利要求72或權(quán)利要求73的藥物釋放裝置，其能夠在幾個月或幾年內(nèi)釋放藥物。
75.根據(jù)權(quán)利要求72-74任意一項(xiàng)的藥物釋放裝置，其中衍生多孔硅包括一個或多個鍵合到其表面上的官能團(tuán)。
76.根據(jù)任何上述權(quán)利要求的生物材料或裝置，其中衍生多孔硅是通過不涉及硅氧化的技術(shù)衍生的。
77.根據(jù)權(quán)利要求76的生物材料或裝置，其中衍生多孔硅帶有Si-R端基，其中R為通過Si-C鍵與硅連接的一個或多個官能團(tuán)。
78.根據(jù)權(quán)利要求76或權(quán)利要求77的生物材料或裝置，其中衍生多孔硅是通過氫化硅烷化衍生的。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的生物材料或裝置，其中多孔硅是通過路易斯酸為媒介的氫化硅烷化衍生的。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的生物材料或裝置，其中路易斯酸為EtAlCl2。
81.根據(jù)權(quán)利要求78-80任意一項(xiàng)的生物材料或裝置，其中氫化硅烷化包括對多孔硅表面的共價改性。
82.根據(jù)權(quán)利要求76-81任意一項(xiàng)的生物材料或裝置，其中衍生多孔硅在沸騰的充氣水中至少2個小時是穩(wěn)定的。
83.根據(jù)權(quán)利要求76-82任意一項(xiàng)的生物材料或裝置，其中衍生多孔硅在充氣的KOH(pH 10)水溶液和25％EtOH/75％KOH(pH 10)水溶液的堿性溶液中沸騰一小時至少是基本穩(wěn)定的。
84.根據(jù)權(quán)利要求76-83任意一項(xiàng)的生物材料或裝置，其中衍生多孔硅為衍生中孔硅。
85.根據(jù)權(quán)利要求84的生物材料或裝置，其中衍生中孔硅材料在(SHP)中的腐蝕速率比未衍生中孔硅的低至少兩個數(shù)量級。
86.根據(jù)權(quán)利要求76-85任意一項(xiàng)的生物材料或裝置，其中衍生多孔硅的孔隙率至少為5％。
87.主要參考附圖中的圖1-5在此描述的生物材料。
88.主要參考附圖中的圖6在此描述的免疫隔離裝置。
89.主要參考附圖中的圖7和8在此描述的電池裝置。
90.主要參考附圖中的圖9在此描述的多層鏡子。
全文摘要
描述了包括衍生多孔硅的生物材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對多孔硅進(jìn)行衍生提高了其穩(wěn)定性。多孔硅優(yōu)選通過不涉及硅氧化的技術(shù),例如通過氫化硅烷化進(jìn)行衍生。衍生多孔硅在沸騰的充氣水中優(yōu)選至少2個小時是穩(wěn)定的。衍生多孔硅在充氣的KOH(pH 10)水溶液和25%EtOH/75%KOH(pH 10)水溶液的堿性溶液中沸騰一小時優(yōu)選至少是基本穩(wěn)定的。衍生多孔硅材料在模擬人血漿中的腐蝕速率比未衍生多孔硅的低至少兩個數(shù)量級。衍生多孔硅的孔隙率優(yōu)選至少為5%。還描述了包括衍生多孔硅的裝置。這些裝置包括免疫隔離裝置、生物電池裝置和光學(xué)裝置。
文檔編號A61L31/02GK1365292SQ0080969
公開日2002年8月21日 申請日期2000年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月1日
發(fā)明者L·T·坎哈姆, C·P·巴雷特 申請人:秦內(nèi)蒂克有限公司