用于生物医学应用的热电温控冷却器制造技术

热交换器模块（HEM）和系统使用具有一个或多个开放通道的柔性基底，基底盖被粘合到该开放通道上，从而在柔性基底中形成闭合通道。热电冷却器（TEC）连接到基底盖上的可选的散热铜块。接口盖连接到热电冷却器顶部，具有与热电冷却器相对并且最终与患者接触的柔性导热材料。液体流过闭合通道，其作为热电冷却器的热参考。电流由控制器提供给热电冷却器引起热电冷却器相对于所述液体冷却或加热。一个或多个温度传感器检测接口盖的温度，该温度用作控制热电冷却器供电电流的输入。热交换器模块可用于加热、冷却或在加热和冷却之间的循环，用于各种医疗用途。

Thermoelectric temperature control cooler for biomedical applications

The heat exchanger module (HEM) and the system use flexible substrates with one or more open channels. The base covers are glued to the open channel, so that a closed channel is formed in the flexible substrate. An optional heat dissipating copper block connected to a base cover by a thermoelectric cooler (TEC). The interface cover is connected to the top of the thermoelectric cooler and has a flexible heat conduction material that is relative to the thermoelectric cooler and eventually contacts the patient. The liquid flows through the closed channel, which is used as a thermal reference for a thermoelectric cooler. The current is supplied by the controller to the thermoelectric cooler to cause the cooling or heating of the thermoelectric cooler relative to the liquid. One or more temperature sensors detect the temperature of the interface cover, which is used as an input to control the power supply current of a thermoelectric cooler. A heat exchanger module can be used for heating, cooling, or in a cycle between heating and cooling, for various medical uses.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物医学应用的热电温控冷却器相关申请的交叉引用本申请要求2015年3月28日提交的申请序列号为62/139,676的美国临时专利的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本申请涉及于2014年9月24日提交的PCT国际申请号PCT/US2014/057276，其全部内容通过引用并入本文，其要求2013年9月30日提交的美国临时专利申请序列号61/884,932的优先权和受益，其全部内容也通过引用并入本文。关于联邦政府赞助研究或开发的声明本专利技术是由国家卫生研究院授予的AR047664和AR054816的政府支持。美国政府对本专利技术有一定的权利。受版权保护材料的声明本专利文献中的一部分材料受到美国和其他国家/地区版权法的版权保护。版权所有者并不反对任何专利文献或专利公开的传真复制品，如美国专利商标局公开提供的档案或记录，但以其他方式保留所有版权。版权所有者并不因此放弃其保护本专利文件的任何权利，包括但不限于根据37CFR§1.14的权利。
本公开的技术通常涉及珀耳帖装置，更具体地涉及也可用于加热的柔性热电冷却器。
技术介绍
目前，脑损伤、脊髓损伤、肌肉或关节损伤的低温治疗通常通过使用提供不完全和短时间冷却的冰袋或化学冷却包来提供。对于更先进的治疗方法，现在看来，目前唯一可用的产品是使用循环水冷却的垫或冷帽，通常设定在4℃至7℃左右。这些装置，虽然比被动冷却更好，有四个主要的不足之处：（a）由于水是用于冷却或加热人体组织的冷却剂，因此他们使用必须冷却大量水（加仑）的冷水机或冰箱以使其可靠运行。这产生了几个技术限制，最显着的是不能有效地控制患者的组织温度。这些设备有过冲和低于目标温度的问题。（b）通过循环冷却水，这些装置容易发生水分冷凝和热传递到环境，从而限制了它们的效率。（c）大多数情况下，这些设备体积庞大，不便携，并且必须永久连接到交流电源插座进行操作。（d）这些设备不能在救护车中使用，不能作为成人紧急情况下的初始治疗装置提供。
技术实现思路
热交换器模块（HEM）和系统使用具有一个或多个开放通道的柔性基底，基底盖被粘合到该开口通道上，从而在柔性基底中形成闭合通道。所产生的闭合通道可以用于将液体传递到与柔性基底热接触的结构中以宽泛地控制温度。热电冷却器（TEC）连接到基底盖上方的可选的散热铜块。接口盖连接到热电冷却器顶部，具有与热电冷却器相对并且最终与患者接触的一致性导热材料。通过封闭通道的液体作为热电冷却器的热参照。电流由控制器提供给热电冷却器以相对于液体引起热电冷却器冷却或加热。液体可以是去离子水，具有一种或多种添加剂的去离子水以增加冷却性能、操作温度区域或腐蚀性能，或者具有与去离子水相当或更好的导热能的另一种流体。一个或多个温度传感器检测接口盖的温度，其可以用作热电冷却器电源电流控制的输入。热交换器模块可用于加热、冷却或加热和冷却之间的循环，用于各种医疗用途。将在本说明书的以下部分中提出本文描述的技术的其它方面，其中详细描述是为了完全公开技术的优选实施例而不对其进行限制。附图说明通过参考以下附图将更全面地理解本文描述的技术，其仅用于说明目的：图1A示出了包括18个热电冷却器（TEC）的热交换器模块（HEM）的分解透视图；图1B示出了图1A中的分解部件组装的热交换器模块（HEM）的组装透视图；图1C示出了图1B中的组装的热交换器模块（HEM）的横截面；图1D示出了图1C中的闭合通道之一的横截面细节；图2示出了热交换器模块（HEM）和系统控制器的简化概述，其中显示了相互连接；图3A示出了设置在柔性基底中的用于传送热传递介质的热电冷却器电气通道的顶视图；图3B示出了图3A中的柔性基底的横截面；图4A示出了具有铜块的基底盖以及设置在上方的接口盖的透视图；图4B示出了布置有热电冷却器的基底盖的顶视图；图4C是在装配于的热交换器模块（HEM）中的在基底盖和接口盖之间具有绝缘的图4A中的基底盖和接口盖的透视图；图5A是粘合基底组件的透视图，其中柔性基底已经粘合到基底盖；图5B示出了图5A中的粘合基底组件的横截面；图5C是按第一种方法粘合在一起的图5A中的基底组件的分解透视图；图5D是按第二种方法粘合在一起的图5A中的基底组件的分解透视图；图6A是人手触摸平板式热交换器模块的俯视图；图6B是一个人的手部皮肤604上测得的响应于使用热交换器模块的控制配置冷却至5℃和加热至36℃的温度对时间曲线；图7A是形成柔性基底的上下模具的分解透视图；图7B是图7A中的上下模具的组装透视图；图8A是基底盖组件的透视图；图8B是将第一排热电冷却器（TEC）设置到图8A的基底盖上的过程的侧视图；图8C是将第二排热电冷却器（TEC）设置到图8A的基底盖上的过程的侧视图；图9A是弯曲的热交换器模块（HEM）的主要部件的分解透视图；图9B是图9A的弯曲的热交换器模块（HEM）的主要部件的组装透视图；图10A是组装成单个有关节的平板式热交换器模块组件的6个独立的热电冷却器（TEC）透视图；图10B是组装成单个弯曲热交换器模块铰接组件的4个独立热电冷却器热交换器模块的透视图；图11A是包含适用于志愿者的大腿的15mmx15mm热电冷却器的弯曲的人体工程学热交换器模块的透视图；图11B是对人体大腿（股直肌）测得的响应于控制冷却到10℃约7分钟的温度变化的曲线图；图12A是旨在与新生儿一起使用的各种几何形状的热交换器模块组件的透视图；图12B是放置在图12A的热交换器模块的组装上的新生儿的透视图；图13是平板床垫或毯子结构中的热交换器模块的主要部件的分解透视图。具体实施方式根据本专利技术公开的热交换系统通常包括：（1）一个或多个热交换器模块，和（2）控制器。1.热交换器模块（HEM）现在参考图1A〜1D。图1A是热交换器模块（HEM）100的分解透视图。每个热交换器模块100通常包括柔性基底102，其包括随后用于流体循环的模制开放通道104。开放通道104具有流体输入106和流体输出108，由此将流体用于热传递。柔性基底102又粘合到基底盖110上。基底盖110具有高导热，并且可以选自由铜（热导率约为400W/m*K）组成的材料，黄铜（热导率约为120W/m*K），铝电导率约385W/m*K）或热解石墨片（热导率约600-800W/m*K）或其它导热合成材料。高导热也可以通过使用具有相对较低热导率的较薄材料或通过上述一种或多种的组合来实现。术语“盖”可以不限于此也包括箔。这种箔可以是铜、黄铜、铝、不锈钢或其他导热材料，例如碳纤维复合材料；它们的厚度可以在约100μm至约635μm的范围内。连接到基底盖110的是一个或多个热电冷却器（TEC）112。在图1A中示出了这样的热电冷却器112；然而，可能有更多或更少的热电冷却器112。在操作中，每个热电冷却器112具有参照侧114和相对设置的患者侧116。在图1A的示例中，热电冷却器112的参照侧114（使用导热粘合剂）粘合到另一个基底盖110以形成散热器。热电冷却器112的患者侧116被粘合到接口盖118。接口盖118可涂覆有软导热弹性体120。软弹性体120将用作患者皮肤（未示出）和接口盖118之间的保护接口。在基底盖110和接口盖118之间由热电冷却器s112的厚度形成的间隙116。各种热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换系统，其特征在于，包括：（a）热交换器模块，所述热交换器模块包括：（i）柔性基底，所述柔性基底包括一个或多个开放通道；（ii）粘合在柔性基底上的基底盖；（iii）由此，当基底盖在开放通道上粘合时，形成闭合通道以允许液体循环；（iv）多个热电冷却器，其在参照侧上粘合到所述基底盖；和（v）接口盖，其粘合到热电冷却器的与参照侧相对的患者侧；（b）设置在所述热交换器模块内的一个或多个温度传感器，其中所述温度传感器检测所述接口盖的温度；和（c）配置为使用温度传感器通过改变对热电冷却器的供应电流来控制接口盖温度的控制器；（d）其中接口盖的温度由控制器控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.28 US 62/1396761.一种热交换系统，其特征在于，包括：（a）热交换器模块，所述热交换器模块包括：（i）柔性基底，所述柔性基底包括一个或多个开放通道；（ii）粘合在柔性基底上的基底盖；（iii）由此，当基底盖在开放通道上粘合时，形成闭合通道以允许液体循环；（iv）多个热电冷却器，其在参照侧上粘合到所述基底盖；和（v）接口盖，其粘合到热电冷却器的与参照侧相对的患者侧；（b）设置在所述热交换器模块内的一个或多个温度传感器，其中所述温度传感器检测所述接口盖的温度；和（c）配置为使用温度传感器通过改变对热电冷却器的供应电流来控制接口盖温度的控制器；（d）其中接口盖的温度由控制器控制。2.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述热交换器模块选自一组几何形状，所述几何形状包括：基本平坦的、在一个方向上弯曲的和在多个方向上弯曲的。3.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述热交换器模块由电池供电。4.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述液体包括水。5.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述温度传感器选自由热敏电阻、热电偶和输出与温度成比例的电压或电流的固态器件组成的传感器组。6.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述控制器使用从由以下组成的一个或多个算法中选择的控制算法：比例、积分和导数。7.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述控制器是数字的，且具有零个或多个模拟组件。8.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述供电电流由选自由D类放大器、H桥式放大器和脉冲宽度调制源组成的一组电流源中的电流源供给。9.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述热交换器模块加热或冷却所述接口盖。10.一种热交换器系统，其特征在于，包括：（a）热交换器模块，所述热交换器模块包括：（i）多个热电冷却器；（ii）支撑所述热电冷却器的柔性基底，所述基底具有多个通道，所述多个通道被配置用于使液体循环热接近所述热电冷却器；和（iii）靠近柔性基底设置的一个或多个温度传感器；和（b）控制器，其被配置为使用所述温度传感器来监测与所述热交换器模块相邻的物体的温度，并且被配置为控制所述液体的循环；（c）其中与热交换器模块接触的物体的温度可以通过所述热电冷却器和所述液体之间的热传递而改变，并且其中温度变化量可由控制器控制。11.根据权利要求10所述的热交换器系统，其特征在于，所述热交换器模块是平坦的。12.根据权利要求10所述的热交换器系统，其特征在于，所述热交换器模块是弯曲的。13.一种热交换器模块，其特征在于，包括：（a）柔性基底，所述柔性基底包括一个或多个开放通道；（b）粘合在所述柔性基底上的基底盖；（c）由此，当基底盖在开口通道上粘合时，形成闭合通道以允许液体循环；（d）多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡里奥·L·范盖拉，安德鲁·帕杜拉，卢卡斯·雷斯特雷波，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US