衍生多孔硅制造技术

描述了包括衍生多孔硅的生物材料。已经发现对多孔硅进行衍生提高了其稳定性。多孔硅优选通过不涉及硅氧化的技术，例如通过氢化硅烷化进行衍生。衍生多孔硅在沸腾的充气水中优选至少２个小时是稳定的。衍生多孔硅在充气的ＫＯＨ（ｐＨ１０）水溶液和２５％ＥｔＯＨ／７５％ＫＯＨ（ｐＨ１０）水溶液的碱性溶液中沸腾一小时优选至少是基本稳定的。衍生多孔硅材料在模拟人血浆中的腐蚀速率比未衍生多孔硅的低至少两个数量级。衍生多孔硅的孔隙率优选至少为５％。还描述了包括衍生多孔硅的装置。这些装置包括免疫隔离装置、生物电池装置和光学装置。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及衍生多孔硅、包括衍生多孔硅的生物材料以及这种生物材料的应用。在此将生物材料定义为用于活性人体或动物体中或用在活性人体或动物体表面上的非活性材料。预期它将影响引入其的生物环境。根据其与人体或动物体活性组织的相互作用，这种生物材料可以是生物惰性的、生物活性的或可再吸收的。相对生物惰性的生物材料如钛被周围组织侵蚀得最少并且纤维包裹得最少。生物活性生物材料，如生物玻璃(RTM)被侵蚀并由此促进组织在其表面生长。可再吸收生物材料，如聚交酯在一段时间内经过充分连续的侵蚀会完全溶解在体内。在不同程度上，多数生物医用装置和结构(即在活性人体或动物体内或表面上使用的装置和结构)的实际生存能力将依赖于诸如其组成生物材料的稳定性及生物材料表面与该装置置于其中或其上的身体生物环境之间的相互作用等因素。对于某些应用(例如再造弥补术、伤口修复、生物芯片集成、药物释放)，需要生物材料被侵蚀。所需的侵蚀程度将依赖于具体的应用，但在许多情况下要求生物材料在其环境中足够稳定，即经过很长时间才发生腐蚀。对于其他应用(例如生物传感、生物过滤、神经接合)，需要在生物材料与其环境之间的稳定界面，即要求生物材料存在很少或优选不存在腐蚀。特别是对于生物过滤应用，还要求生物材料是多孔的，实际上经常是高度多孔的。对稳定性和多孔性的要求经常是冲突的，这是因为材料被制成更多孔的时，其稳定性通常会下降。多年以来由于其被认知的生物不相容性，硅一直未被考虑作为可生存的生物材料。最近显示通过在硅中引入不同水平的孔隙率，可以提高其生物相容性。多孔硅虽然在某些生物环境中是生物相容的，但尚未发现它在活性人体或动物体或其模拟体中是稳定的。在几天或甚至几小时后发生腐蚀。但是，如上所述，存在许多要求生物材料稳定性或至少基本稳定性的应用。根据本专利技术的第一方面，提供了用作生物材料的衍生多孔硅。根据本专利技术的第二方面，提供了包括衍生多孔硅的生物材料。根据本专利技术的第三方面，提供了包括衍生多孔硅的生物医用装置。毫无疑问，衍生多孔硅被作为具有基本单分子层的多孔硅，单分子层与其表面的至少一部分共价键合。多孔硅表面包括孔的表面。众所周知多孔硅是通过在HF基溶液中阳极氧化、染色腐蚀或光化学刻蚀而成孔的。由这种方法制成的多孔硅孔隙率大于0.1％且更一般地大于1％。已经发现对多孔硅进行衍生可提高其稳定性。根据本专利技术的第四方面，提供了包括衍生多孔硅的生物过滤装置。生物过滤装置可适应在人体或动物体内或表面上运行。生物过滤装置可适应在体外使用。生物过滤装置可包括一个或多个衍生多孔硅过滤器。每个或一些过滤器优选起分子筛的作用。它们优选允许一些分子如营养物和废产物通过它们，但阻止其他分子例如免疫系统组分如巨噬细胞和免疫球蛋白分子通过它们。每个或某些过滤器的孔尺寸优选决定着通过它们的分子。每个或某些过滤器的直径可以在15-50nm范围。每个或某些过滤器可以具有几微米的厚度。每个或某些过滤器的孔隙率优选至少为5％，并且可以为10％或15％或更高。生物过滤装置可构成多元装置的一部分。多元装置可适应在人体或动物体内或表面上运行。多元装置可以是生物传感器。生物传感器可适应在人体或动物体内或表面上运行。生物传感器可监测身体的一个或多个生理功能。生物传感器可监测身体的一种或多种流体的一个或多个方面。生物传感器可监测体内的葡萄糖水平、和/或锂离子水平和/或钾和/或醇水平。根据本专利技术的第四方面，提供了一种包括衍生多孔硅的免疫隔离装置。免疫隔离装置可适应在人体或动物体内或表面上运行。免疫隔离装置可适用于体外。免疫隔离装置可包括厚度优选小于或等于500μm的硅胶囊。免疫隔离装置，且优选胶囊可装有一个或多个衍生多孔硅过滤器。衍生多孔硅可以是衍生中孔硅。每个或某些过滤器优选将免疫系统的至少一些分子排斥在装置外。这种分子可以是例如巨噬细胞和免疫球蛋白分子。每个或某些过滤器优选允许非免疫系统分子进出该装置。这种分子可以是例如营养物或废产物。每个或某些过滤器的孔尺寸优选决定着通过它们的分子。每个或某些过滤器孔的直径优选在15-50nm范围。每个或某些过滤器可通过阳极氧化胶囊的一部分或多部分而制备。每个或某些过滤器可以具有几微米的厚度。每个或某些过滤器的孔隙率优选至少为5％，并且可以为10％或15％或更高。可将细胞置于该装置内以将其与免疫系统的组分隔离，并且可在每个或某些衍生多孔硅过滤器的内表面进行培养。这种细胞可以是分泌胰岛素的细胞(胰岛)、释放纤毛状向神经因子以治疗肌萎缩性骨髓侧索硬化的幼仓鼠肾细胞、治疗顽固性疼痛的牛肾上腺嗜铬性细胞。在这种情况下，每个或某些过滤器的孔尺寸优选足够大以允许细胞的营养物扩散到装置中而废产物和胰岛素扩散到装置外，但尺寸分布应将免疫系统的所有细胞和特异蛋白质排斥在装置外。根据本专利技术的第五方面，提供了一种包括衍生多孔硅的电池装置。电池装置可适应在人体或动物体内或表面上运行。电池装置可适用于体外。该电池装置可包括电源。电源可包括一个或多个发光的生物发光生物体。每个或某些生物体可以是通常用绿荧光蛋白质(GFP)修饰的微生物体。这样优选实现了高量子产率(大于50％)并且电力足以驱动CMOS晶体管。每个或某些生物体可包含在ATP、Mg2+、氧和荧光素存在下产生560nm光的荧光素酶。优选包含营养物如葡萄糖的体液为生物体提供连续的能源。电池装置可包括一个或多个光电探测器，如p-n结或p-i-n结。它们可将由每个或某些生物体产生的光转化成电能。每个或某些光电探测器可与一个或多个镜子联用以增强聚光效率。电源可以是电化学电源。它可包括至少一对电极。能量可由电子从电极中转移出入而产生。每对电极可包括不同的金属，例如铝和银。这种电源优选产生至少0.8V的电压。每对电极可带有一种与一个电极相连的酶。该酶可以是葡萄糖氧化酶。优选向电池提供葡萄糖，与葡萄糖氧化酶反应产生过氧化氢，接着与另一个电极反应，使电子在电极间转移。这种电源优选产生至少2V的电压。电池装置可包括硅盒。电池装置，且优选硅盒可装有一个或多个衍生多孔硅过滤器。衍生多孔硅可以是衍生中孔硅。每个或某些过滤器优选将对电源有害的物质排除在电池装置外。这种物质可包括免疫系统分子、蛋白质和酶。每个或某些过滤器优选允许对电源有利的物质进入电池装置。这种物质可包括营养物如葡萄糖和水及废产物。每个或某些过滤器优选允许由电源产生的物质排出电池装置。这种物质可包括废产物。每个或某些过滤器的孔尺寸优选决定着通过它们的物质。每个或某些过滤器的孔直径优选在15-50nm范围。每个或某些过滤器可以通过阳极氧化电池装置、优选硅盒的一部分或几个部分而产生。每个或某些过滤器可具有几微米的厚度。每个或某些过滤器的孔隙率优选至少为5％，且可以为10％或15％或更高。电池装置可为一个或多个装置提供能量。这些装置可适用于人体或动物体内或表面上，或使用于体外。可在电池装置和每个装置之间安装电接线。每个或某些装置可以是微流体药物释放装置、生物传感器、神经刺激装置、识别/标记装置。根据本专利技术的第六方面，提供了一种包括衍生多孔硅的光学装置。激光和一般光学正日益增长地用于健康护理以进行非侵入性/最小侵入性诊断和治疗。为人熟知的实例包括用于监测血氧化水平的脉冲血氧定量法、用于癌症检测的内窥镜荧光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用作生物材料的衍生多孔硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2000-3-10 0005707.5;GB 1999-5-1 9909996.21.一种用作生物材料的衍生多孔硅。2.一种包括衍生多孔硅的生物材料。3.一种包括衍生多孔硅的生物医用装置。4.一种包括衍生多孔硅的生物过滤装置。5.根据权利要求4的生物过滤装置，适于在人体或动物体内或表面上运行。6.根据权利要求4或权利要求5的生物过滤装置，包括一个或多个衍生多孔硅过滤器。7.根据权利要求6的生物过滤装置，其中每个或某些过滤器用作分子筛。8.根据权利要求6的生物过滤装置，其中每个或某些过滤器的孔尺寸决定着通过它们的分子。9.根据权利要求8的生物过滤装置，其中每个或某些过滤器的孔直径为15-50nm。10.一种包括衍生多孔硅的免疫隔离装置。11.根据权利要求10的免疫隔离装置，适于在人体或动物体内或表面上运行。12.根据权利要求10或权利要求11的免疫隔离装置，包括硅胶囊。13.根据权利要求12的免疫隔离装置，其中胶囊的厚度小于或等于500μm。14.根据权利要求10-13任意一项的免疫隔离装置，装有一个或多个衍生多孔硅过滤器。15.根据权利要求14的免疫隔离装置，其中衍生多孔硅是衍生中孔硅。16.根据权利要求14或权利要求15的免疫隔离装置，其中每个或某些过滤器将至少一些免疫系统分子排斥在该装置外。17.根据权利要求16的免疫隔离装置，其中每个或某些过滤器的孔尺寸决定着通过它们的分子。18.根据权利要求17的免疫隔离装置，其中每个或某些过滤器的孔直径为15-50nm。19.根据权利要求14-18任意一项的免疫隔离装置，其中每个或某些过滤器是通过阳极化胶囊的一部分或多个部分而制备的。20.根据权利要求14-19任意一项的免疫隔离装置，其中每个或某些过滤器具有几个微米的厚度。21.根据权利要求14-20任意一项的免疫隔离装置，其中每个或某些过滤器的孔隙率至少为5％。22.根据权利要求14-21任意一项的免疫隔离装置，其中将细胞放置在胶囊内。23.根据权利要求22的免疫隔离装置，其中细胞为胰岛素分泌细胞。24.根据从属于权利要求14-22任意一项的权利要求23的免疫隔离装置，其中每个或某些过滤器的孔足够大以让细胞的营养物扩散到装置中，而废产物和胰岛素扩散到装置外，但具有将免疫系统所有细胞和特异蛋白质排除在装置外的尺寸分布。25.一种包括衍生多孔硅的电池装置。26.根据权利要求25的电池装置，其适于在活性人体或动物体内或表面上运行。27.根据权利要求25或权利要求26的电池装置，其包括电源。28.根据权利要求27的电池装置，其中电源包括一个或多个发光的生物发光生物体。29.根据权利要求28的电池装置，包括一个或多个将由每个或某些生物体产生的光转化为电能的光检测器。30.根据权利要求27的电池装置，其中电源为电化学电源。31.根据权利要求30的电池装置，其中电源包括至少一对电极。32.根据权利要求31的电池装置，其中每对电极包括不同的金属。33.根据权利要求31的电池装置，其中每对电极可具有附着在一个电极上的酶。34.根据权利要求25-33任意一项的电池装置，其包括硅箱。35.根据权利要求25-34任意一项的电池装置，其装有一个或多个衍生多孔硅过滤器。36.根据权利要求35的电池装置，其中每个或某些过滤器将对电源有害的物质排斥在电池装置外。37.根据权利要求35或权利要求36的电池装置，其中每个或某些过滤器允许对电源有益的物质进入电池装置。38.根据权利要求35-37任意一项的电池装置，其中每个或某些过滤器允许由电源产生的物质排出电池装置。39.根据权利要求35-38任意一项的电池装置，其中每个或某些过滤器的孔尺寸决定着通过它们的物质。40.根据权利要求39的电池装置，其中每个或某些过滤器的孔直径为15-50nm。41.根据权利要求35-40任意一项的电池装置，其中每个或某些过滤器是通过阳极氧化电池的一部分或多个部分而制备的。42.根据权利要求35-41任意一项的电池装置，其中每个或某些过滤器具有几个微米的厚度。43.根据权利要求35-42任意一项的电池装置，其中每个或某些过滤器的孔隙率至少为5％，并且可以为10％或15％或更高。44.一种包括衍生多孔硅的光学装置。45.根据权利要求44的光学装置，其适于在活性人体或动物体内或表面上运行。46.根据权利要求44或权利要求45的光学装置，其适于与光源一起使用，并控制来自光源的光的路径长度。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：LT坎哈姆，CP巴雷特，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]