經(jīng)由半電池的治療性電子和離子轉(zhuǎn)移的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于經(jīng)由半電池將治療性電子和離子轉(zhuǎn)移至生物體或自生物體轉(zhuǎn)移治療性電子和離子的裝置、系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]抗氧化劑廣泛用作營養(yǎng)補(bǔ)充劑并且一些抗氧化劑據(jù)信在某些疾病如癌癥和心臟病的預(yù)防中起作用?？寡趸瘎┤狈梢饘?xì)胞有害的氧化應(yīng)激。與此相反，促氧化劑通常據(jù)信是有害的。體內(nèi)促氧化劑的存在與氧化應(yīng)激相關(guān)并且與疾病如血色素沉著癥、威爾森氏病和人帕金森氏病相聯(lián)系。一些促氧化劑如阿霉素已知顯示針對癌細(xì)胞的毒性。然而，在生物體中，抗氧化劑和促氧化劑通常是擴(kuò)散的，并且高含量可以是毒性的。
[0003]概述
[0004]描述用于將治療性電子轉(zhuǎn)移至生物體或自生物體轉(zhuǎn)移治療性電子的裝置、系統(tǒng)和方法?？蓪?shí)施這些裝置、系統(tǒng)和方法以選擇性地提供抗氧化劑或促氧化劑作用，從而增加或減少生物體的自由基損傷。
[0005]在第一總體方面，治療裝置包括半電池和用于在生物體與半電池之間離子轉(zhuǎn)移的一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑。半電池包括導(dǎo)電電極、與電極相接觸的活性材料以及用于在生物體與電極之間電子轉(zhuǎn)移的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電路徑。活性材料包括氧化劑或還原劑。
[0006]第一總體方面的實(shí)施方式可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0007]半電池可包括與活性材料相接觸的電解質(zhì)。在一些情況下，半電池包括被配置成容納電解質(zhì)、電極或兩者的容器。
[0008]當(dāng)活性材料是氧化劑時(shí)，當(dāng)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電路徑中的至少一個(gè)電耦接至生物體時(shí)治療裝置經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電路徑中的至少一個(gè)從生物體吸取電子。過氧化氫是適合氧化劑的實(shí)例。當(dāng)活性材料是還原劑時(shí)，當(dāng)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電路徑中的至少一個(gè)電耦接至生物體時(shí)治療裝置經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電路徑中的至少一個(gè)向生物體提供電子。鎂是適合還原劑的實(shí)例。治療裝置被配置來實(shí)現(xiàn)電子凈轉(zhuǎn)移至靶標(biāo)或自靶標(biāo)凈轉(zhuǎn)移電子。
[0009]在一些情況下，半電池包括與活性材料相接觸的添加劑?？蛇x擇添加劑以增加半電池與生物體之間的電子轉(zhuǎn)移的速率。電極可包括活性材料(例如，呈復(fù)合材料的形式)。導(dǎo)電路徑可由電子形成。
[0010]當(dāng)電耦接且離子耦接至生物體時(shí)治療裝置形成原電池。在一些情況下，治療裝置包括單個(gè)半電池。治療裝置可包括被配置成將治療裝置定位成接近生物體或?qū)⒅委熝b置耦接至生物體的支撐件，以使得電子被轉(zhuǎn)移至生物體的選定位置或自生物體的選定位置吸取電子。
[0011]在一些情況下，一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑中的至少一個(gè)通過至少部分地容納半電池的外殼或容器中的開口形成。在某些情況下，一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑中的至少一個(gè)包括被配置成允許生物體與半電池之間的離子轉(zhuǎn)移的鹽橋。
[0012]治療裝置可包括電池，以使得電池形成在生物體與電極之間的導(dǎo)電路徑中的至少一個(gè)的一部分，其中電池的第一端子耦接至電極并且電池的第二端子耦接至生物體。
[0013]在一些實(shí)施方式中，治療裝置包括具有被配置成接觸生物體的表面的外殼，并且一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑通過被配置成接觸生物體的外殼的表面形成。在一些情況下，通過外殼的表面處的一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑的離子的流速與在外殼的表面處的一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑的總面積與被配置成接觸生物體的表面的總面積和在外殼的表面處的一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑的總面積之和的比率逆相關(guān)。
[0014]治療裝置可包括接近一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑中的至少一個(gè)的藥物或營養(yǎng)補(bǔ)充劑，其中治療裝置被配置成經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑中的至少一個(gè)將藥物或營養(yǎng)補(bǔ)充劑遞送至生物體。
[0015]在第二總體方面，一種試劑盒包括治療性電子轉(zhuǎn)移裝置，裝置被配置成當(dāng)電耦接且離子耦接至生物體時(shí)實(shí)現(xiàn)電子凈轉(zhuǎn)移至生物體或自生物體凈轉(zhuǎn)移電子；以及用于將治療裝置耦接至生物體的說明書。
[0016]第二總體方面的實(shí)施方式可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0017]在一些情況下，試劑盒包括用于替換或維護(hù)治療裝置的說明書。試劑盒可包括用于治療裝置的電解質(zhì)。試劑盒還可包括用于制備用以在治療裝置中使用的電解質(zhì)、將電解質(zhì)遞送至治療性電子轉(zhuǎn)移裝置或兩者的說明書。在某些情況下，治療性電子轉(zhuǎn)移裝置包括第一總體方面的治療裝置。
[0018]在第三總體方面，治療裝置是通過以下方式制作的:使導(dǎo)電電極與活性材料(包括氧化劑或還原劑)相接觸，使電解質(zhì)與活性材料相接觸，提供被配置成允許導(dǎo)電電極與生物體之間的電子轉(zhuǎn)移的導(dǎo)電路徑，以及提供被配置成允許活性材料與生物體之間的離子轉(zhuǎn)移的離子傳導(dǎo)路徑。
[0019]在第四總體方面，治療生物體包括將陽極半電池電耦接至生物體，將陰極半電池電耦接至生物體，以及交替地激活陽極半電池和陰極半電池以分別實(shí)現(xiàn)電子至生物體和自生物體至電子的非同時(shí)轉(zhuǎn)移。
[0020]在第五總體方面，治療生物體包括通過將包括半電池的治療裝置電耦接且離子耦接至生物體的表面來將電子和離子轉(zhuǎn)移至生物體，其中治療裝置包括一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑，并且離子經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑轉(zhuǎn)移至生物體的速率和速度與在生物體的表面處的一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑的總面積與在生物體的表面處的治療裝置的總面積的比率逆相關(guān)。
[0021]第五總體方面的實(shí)施方式可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0022]在一些情況下，治療裝置包括藥物或營養(yǎng)補(bǔ)充劑，并且治療生物體包括經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)離子傳導(dǎo)路徑將藥物或營養(yǎng)補(bǔ)充劑轉(zhuǎn)移至生物體。治療裝置可放置或包括固定在固體或膠凝基質(zhì)中的具有單電荷(+或_)的離聚物，離聚物阻礙帶相同電荷的離子的流動且允許僅一種類型的離子的流動(分別+或_)。
[0023]在任何上述方面或?qū)嵤┓绞街?，生物體可以是人。
[0024]因此，已經(jīng)描述了具體實(shí)施方案?？苫谒枋龊驼f明的進(jìn)行所描述實(shí)施方案和其他實(shí)施方案的變化、修改和增強(qiáng)。此外，可組合一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)特征。一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式以及不同特征和方面的細(xì)節(jié)在以下附圖、描述和權(quán)利要求書中闡述。
【附圖說明】
[0025]圖1A和圖1B是呈粘附貼片形式的治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的實(shí)施方案的側(cè)截面視圖。圖1C和圖1D是圖1A的治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的俯視圖和仰視圖。圖1E描繪耦接至靶標(biāo)的圖1A的治療裝置。
[0026]圖2是呈粘附貼片形式的治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的另一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)截面視圖。
[0027]圖3描繪耦接至靶標(biāo)的包括電源的治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的實(shí)施方案。
[0028]圖4描繪耦接至靶標(biāo)的包括電源的治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的實(shí)施方案。
[0029]圖5A描繪接近靶標(biāo)定位的治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的實(shí)施方案的分解視圖。圖5B描繪耦接至靶標(biāo)的圖5A的治療裝置。
[0030]圖6描繪呈針灸針形式的治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的實(shí)施方案。
[0031 ]圖7描繪包括治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的試劑盒。
[0032]圖8A和圖SB描繪耦接至靶標(biāo)的兩個(gè)治療性電子轉(zhuǎn)移裝置的交替使用。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本公開涉及用于經(jīng)由半電池將治療性電子和離子轉(zhuǎn)移至靶標(biāo)或自靶標(biāo)轉(zhuǎn)移治療性電子和離子的裝置、系統(tǒng)和方法。電子轉(zhuǎn)移可經(jīng)由電耦接且離子耦接至靶標(biāo)的半原電池或經(jīng)由電耦接至靶標(biāo)的電源來實(shí)現(xiàn)。靶標(biāo)通常是生物體。生物體包括例如，人、哺乳動物(例如，家畜和寵物)、昆蟲、植物、真菌和微生物。經(jīng)由耦接至生物體的半電池轉(zhuǎn)移電子至生物體或自生物體轉(zhuǎn)移電子可在體內(nèi)或死后發(fā)生。包括表面的物體可電耦接至半電池以對與物體相接觸的生物體實(shí)現(xiàn)所需作用，如滅菌或害蟲控制。培養(yǎng)基如生物反應(yīng)器培養(yǎng)基、微生物培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基、園藝培養(yǎng)基、真菌培養(yǎng)基和儲庫(例如，供水、水生植物園、游泳池、熱水浴缸)可電耦接至半電池以促進(jìn)或延遲培養(yǎng)基中的生物體的生長。
[0034]電子轉(zhuǎn)移至靶標(biāo)和自靶標(biāo)電子轉(zhuǎn)移通過將半電池或電源電耦接至靶標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。半電池包括導(dǎo)電電極、活性材料，并且包括電解質(zhì)或被配置用于與電解質(zhì)一起使用。即，如本文所用，半電池可以是“濕”半電池，包括電解質(zhì)；或“干”電池，電解質(zhì)被添加至干電池或與干電池相接觸以用于操作。如本文所用，“電解質(zhì)”通常是指當(dāng)溶解于適合的離子化溶劑(如水)中時(shí)離子化的物質(zhì)，或當(dāng)將離子化的物質(zhì)放置到適合的離子化溶劑中時(shí)形成的電解質(zhì)溶液。適合的可離子化物質(zhì)包括氯鹽(如氯化鈉和氯化鉀)、硫酸鹽、硝酸鹽和離聚物。通常，當(dāng)鹽的離子與腐蝕產(chǎn)物交換時(shí)增加電極腐蝕產(chǎn)物的溶解度的任何鹽適合作為電解質(zhì)鹽。腐蝕產(chǎn)物包括通過半電池中的活性材料的還原或氧化產(chǎn)生的離子的任何鹽。在操作過程中，電極與靶標(biāo)或與靶標(biāo)相接觸的導(dǎo)電介質(zhì)相接觸。在一個(gè)實(shí)例中，靶標(biāo)是水生生物，并且電極與水生生物包括于其中的海水相接觸。
[0035]電極是提供半電池與靶標(biāo)之間的導(dǎo)電路徑的電導(dǎo)體，從而允許電子從半電池轉(zhuǎn)移至靶標(biāo)，或反之亦然?；钚圆牧虾碗妼?dǎo)體可以是相同的或不同的。在一些情況下，活性材料和電導(dǎo)體呈復(fù)合材料的形式。當(dāng)活性材料是還原劑時(shí)，電極充當(dāng)陽極。適合的還原劑包括金屬、有機(jī)化合物及其組合。適合的金屬包括鉛、鋁、銅、鋅、鈹、鎂、鈉、鈣、鍶、鋇、鉀和鋰。當(dāng)活性材料是氧化劑時(shí)，電極充當(dāng)陰極。適合的氧化劑包括但不限于過氧化氫、高錳酸鉀、氧化鉛、過碳酸鈉和過氧一硫酸鉀。
[0036]在一些情況下，半電池包括容器，容器容納電解質(zhì)。容器可以是開放的、密封的或防水的，并且可具有任何大小或形狀。一些容器是剛性的和不可膨脹的，并且其他是柔性的和可膨脹的。在一些情況下，活性材料限定充當(dāng)包括電解質(zhì)的容器的開口。在某些情況下，來自靶標(biāo)的流體在使用期間接觸半電池并且充當(dāng)電解質(zhì)。這種流體可與離聚物物質(zhì)相接觸以完成靶標(biāo)與半電池的活性材料之間的離子傳導(dǎo)路徑。
[0037]半電池經(jīng)由電極直接或間接電耦接至靶標(biāo)，從而在靶標(biāo)與電極之間形成導(dǎo)電路徑。在一個(gè)實(shí)例中，與半電池的電極相接觸的靶標(biāo)的體液充當(dāng)電解質(zhì)并且還充當(dāng)導(dǎo)電材料以在電極與靶標(biāo)之間轉(zhuǎn)移電子。
[0038]離子傳導(dǎo)路徑允許半電池與靶標(biāo)之間的離子流動。離子傳導(dǎo)路徑是鹽橋。在一些情況下，“鹽橋”是指用于離子地耦接原電池的氧化半電池和還原半電池(或分別陰極半電池和陽極半電池)的裝置。在某些情況下，離子傳導(dǎo)路徑由電解質(zhì)或其他流體形成，并且不需要單獨(dú)明確設(shè)計(jì)的裝置。在某些情況下，導(dǎo)電路徑和離子傳導(dǎo)路徑是相同材料或可以是離子導(dǎo)體與電導(dǎo)體的復(fù)合材料(例如，混合導(dǎo)體)。鹽橋通常被構(gòu)造成限制電流且使離子流最大化。這些有時(shí)由膠凝或固體材料制成以允許特定離子在半電池之間流動。在過去，鹽橋用于分離電池中的不相容的化學(xué)品并且被設(shè)計(jì)為不是來自電池的電流流動的瓶頸。鹽橋通常由包括在防止鹽橋內(nèi)的材料干燥的支撐件內(nèi)的陶瓷或凝膠構(gòu)成。大多數(shù)現(xiàn)代電池以常見電解質(zhì)操作或具有還原至裝置內(nèi)的膜的鹽橋。鹽橋可通過接觸生物體的水或體液的連續(xù)路徑實(shí)現(xiàn)。
[0039]增加或減小離子傳導(dǎo)路徑或鹽橋的橫截面積可取決于滲透深度和流入靶標(biāo)的離子的量而導(dǎo)致不同作用。選擇離子耦接至生物體且使離子傳導(dǎo)路徑延伸遠(yuǎn)離活性材料的位點(diǎn)可允許特定離子、緩沖液或化學(xué)品負(fù)載至在接觸靶標(biāo)的鹽橋末端處的電解質(zhì)中。
[0040]當(dāng)半電池或電源的一個(gè)端子電耦接至靶標(biāo)時(shí)，半電池或電源充當(dāng)原電池的第一半電池且靶標(biāo)充當(dāng)原電池的第二半電池。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)具有陽極的陽極半電池(“陽極半電池”)電耦接至靶標(biāo)時(shí)，靶標(biāo)充當(dāng)具有陰極的半電池(“陰極半電池”)且接收來自陽極半電池的電子(“陽極效應(yīng)”)。在另一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)陰極半電池電耦接至靶標(biāo)時(shí)，靶標(biāo)充當(dāng)陽極半電池且提供電子至陰極半電池(“陰極效應(yīng)”)。通過將靶標(biāo)選擇性地耦接至電源，電源可充當(dāng)陽極半電池或陰極半電池。如本文所用，“陽極半電池”通常包括通過提供電子至靶標(biāo)以充當(dāng)陽極半電池的方式耦接至靶標(biāo)的電源，并且“陰極半電池”通常包括通過從靶標(biāo)吸取電子以充當(dāng)陰極半電池的方式連接至靶標(biāo)的電源。
[0041]電子經(jīng)由電耦接至靶標(biāo)的陽極半電池自發(fā)轉(zhuǎn)移至靶標(biāo)。陽極半電池包括電導(dǎo)體和作為活性材料的一種或多種還原劑。還原劑的實(shí)例包括金屬、有機(jī)化合物以及具有比靶標(biāo)的電化學(xué)電勢更大的還原電勢(更負(fù)性)的其他元素或物質(zhì)。將陽極半電池電耦接至生物體補(bǔ)充生物體的電子供應(yīng)且發(fā)揮有益的抗氧化劑功能。在一些情況下，陽極半電池充當(dāng)犧牲陽極。
[0042]電子經(jīng)由電耦接至靶標(biāo)的陰極半電池從靶標(biāo)自發(fā)轉(zhuǎn)移。陰極半電池包括電導(dǎo)體和包括一種或多種氧化劑的活性材料。氧化劑的實(shí)例包括具有比靶標(biāo)的電化學(xué)電勢更低的還原電勢(較低負(fù)性)的化合物。與由陽極半電池電耦接至生物體的電子補(bǔ)充相比，陰極半電池電耦接至生物體可對接近陰極半電池電耦接至其的區(qū)域的生物體的部分具有有害作用。在一個(gè)實(shí)例中，從生物體轉(zhuǎn)移電子促進(jìn)生物體的特定區(qū)域中的自由基鏈反應(yīng)，從而發(fā)揮促氧化劑功能。在另一個(gè)實(shí)例中，從生物體的特定區(qū)域轉(zhuǎn)移電子促進(jìn)提供至生物體的區(qū)域的治療性物質(zhì)的氧化。在另一個(gè)實(shí)例中，從電耦接至陰極半電池的表面轉(zhuǎn)移電子通過從表面上的微生物吸取電子促進(jìn)表面滅菌。
[0043]如本文所用，“治療性電子轉(zhuǎn)移裝置”或“治療裝置”包括電子源或庫、電子源或庫與靶標(biāo)之間的導(dǎo)電路徑以及被配置成允許靶標(biāo)與電解質(zhì)之間的離子流動的離子傳導(dǎo)路徑。在一些情況下，治療性電子轉(zhuǎn)移裝置或治療裝置包括被配置成將半電池或電極定位成接近生物體的特定區(qū)域(例如，人的頭部、手臂、腿部或軀干)或?qū)㈦娮恿鲝陌腚姵匾龑?dǎo)至生物體或從生物體引導(dǎo)至半電池。使用治療裝置或治療性電子轉(zhuǎn)移裝置產(chǎn)生電子的凈轉(zhuǎn)移。
[0044]在一些情況下，治療性電子轉(zhuǎn)移裝置包括單個(gè)電子源或單個(gè)電子庫(例如，單個(gè)陽極半電池或單個(gè)陰極半電池)。在一些情況下，兩個(gè)或更多個(gè)半電池電耦接至靶標(biāo)以用于同時(shí)或交替使用。在一個(gè)實(shí)例中，兩個(gè)陽極半電池或兩個(gè)陰極半電池耦接至靶標(biāo)并且同時(shí)用于增加電子的遞送或除去速率或治療靶標(biāo)的不同區(qū)域。在另一個(gè)實(shí)例中，陽極半電池或陰極半電池被應(yīng)用于靶標(biāo)的不同區(qū)域并且交替使用(例如，異相)以實(shí)現(xiàn)所需作用。如本文所用，陽極半電池和陰極半電池不會相對于共同靶標(biāo)同時(shí)激活。
[0045]半電池可被設(shè)計(jì)用于由靶標(biāo)攝取、植入靶標(biāo)中、與靶標(biāo)相接觸或其組合。用于攝取的半電池可包括涂覆有用于延遲在靶標(biāo)中的釋放的物質(zhì)的活性材料。在一個(gè)實(shí)例中，可攝取的半電池涂覆有蠟或油以用于在消化道中選擇性激活。在一些情況下，與通過半電池與靶標(biāo)的表面接觸相比，可經(jīng)由將半電池植入靶標(biāo)中實(shí)現(xiàn)從半電池至靶標(biāo)的更大電子轉(zhuǎn)移。生物體中的流體可發(fā)揮用于植入或體內(nèi)半電池的電解質(zhì)的作用。在一些情況下，植入和表面接觸可組合以獲得相加作用。
[0046]在一些情況下，半電池包括與電解質(zhì)相接觸的電極，電極或電解質(zhì)中的一者或兩者可直接接觸靶標(biāo)。在其他情況下，半電池包括容器，容器包括電