电极线及应用该电极线的起搏器 |
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| 申请号 | CN201110333483.3 | 申请日 | 2011-10-28 | 公开(公告)号 | CN103093856B | 公开(公告)日 | 2015-07-29 |
| 申请人 | 清华大学; 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司; | 发明人 | 刘亮; 冯辰; 潜力; 王昱权; 范立; 赵文美; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 电极 线，包括一 导线 及一电极头，所述导线包括至少一子导线，其中，所述子导线包括一芯线结构、一包覆于该芯线结构外表面的第一绝缘层及一缠绕于该第一绝缘层外表面的 碳 纳米管 复合结构，所述电极头设置于所述导线的一端部且与所述至少一子导线中的芯线结构电连接。本发明也涉及一种采用上述电极线的起搏器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电极线，其包括一导线及一电极头，所述导线包括至少一子导线，其特征在于，所述子导线包括一芯线结构、一包覆于该芯线结构外表面的第一绝缘层及一缠绕于该第一绝缘层外表面的碳纳米管复合结构，所述的电极线进一步包括一第二绝缘层，所述第二绝缘层包覆在所述碳纳米管复合结构的外表面，所述碳纳米管复合结构通过所述第二绝缘层上定义的一开口暴露于外，并与人体器官接触以感测所述人体器官的电信号，所述电极头设置于所述导线的一端部且与所述至少一子导线中的芯线结构电连接。 |
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| 说明书全文 | 电极线及应用该电极线的起搏器技术领域[0001] 本发明涉及一种电极线及应用该电极线的起搏器。 背景技术[0003] 现有的起搏器通常包括一脉冲发生器及一电极线。所述脉冲发生器与所述电极线电连接。该电极线通常包括一导线和一电极头，所述导线包括多条金属线，所述电极头设置于所述导线远离所述脉冲发生器的一末端并与所述金属线电连接。所述脉冲发生器在一电池的驱动下能产生脉冲电信号，所述电极线中的导线可将该脉冲电信号传输至所述电极头，该电极头便在该脉冲电信号的驱动下刺激与其接触的人体发病器官的特定区域，从而干涉神经细胞的活动以调节神经传导物质的释放，达到使器官正常活动的目的。 [0004] 然而，上述仅由金属材料构成的导线由于很细，其机械强度及韧性不够，在患者人体正常活动或者因病异常活动时器官随着活动或痉挛，使得所述起搏器的导线也随着发生拉伸或弯折，不管是长时间正常活动或者异常激烈痉挛等情况都可能导致所述起搏器导线受损或断裂，因此，会影响起搏器电极线以及起搏器的使用寿命，危及患者生命安全。 发明内容[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种具有较高强度和韧性的电极线，及应用该电极线的起搏器。 [0006] 一种电极线，其包括一导线及一电极头，所述导线包括至少一子导线，其中，所述子导线包括一芯线结构、一包覆于该芯线结构外表面的第一绝缘层及一缠绕于该第一绝缘层外表面的碳纳米管复合结构，所述电极头设置于所述导线的一端部且与所述至少一子导线中的芯线结构电连接。 [0007] 一种起搏器，其中，包括一脉冲发生器及如上所述的电极线，该电极线电连接于所述脉冲发生器。 [0009] 图1是本发明第一实施例提供的起搏器结构示意图。 [0010] 图2是本发明第一实施例提供的起搏器中的子导线的结构示意图。 [0011] 图3是本发明第一实施例提供的具有螺旋形状的导线的结构示意图。 [0012] 图4 是本发明第一实施例提供的子导线平行紧密排列形成的束状结构示意图。 [0013] 图5是本发明第一实施例提供的子导线相互扭转形成的扭转线型结构示意图。 [0014] 图6是本发明第一实施例提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。 [0015] 图7是是本发明第一实施例提供的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。 [0016] 图8是本发明第一实施例提供的金属材料层包覆碳纳米管的结构示意图。 [0017] 图9是本发明第一实施例提供的金属材料层包覆碳纳米管的透射电镜照片。 [0018] 图10是本发明第一实施例提供的电极线的剖视图。 [0019] 图11是本发明第二实施例提供的电极线的剖视图。 [0020] 主要元件符号说明 [0021]起搏器 100 脉冲发生器 10 电极线 20 导线 22 电极头 23 子导线 24 芯线结构 26 第一绝缘层 27 碳纳米管复合结构 28 连接元件 30 固定元件 40 固定环 42 固定翼 44 金属材料层 60 碳纳米管 61 导电层 62 润湿层 64 过渡层 66 开口 70 第二绝缘层 72 屏蔽层 74 第三绝缘层 76 [0022] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。 具体实施方式[0023] 以下将结合附图详细说明本发明提供的起搏器及其电极线。 [0024] 请参照图1，本发明第一实施例提供一种起搏器100，其包括一脉冲发生器10及一与该脉冲发生器10电连接的电极线20。所述脉冲发生器10发出的脉冲信号通过所述电极线20作用于人体。 [0025] 所述脉冲发生器10包括外壳、电源、输出电路、感应电路、控制电路及接口（图未示）等。所述外壳用于封装所述电源、输出电路、感应电路及控制电路等。该外壳的材料一般采用具有生物兼容性、耐腐蚀且不易变形的金属及合金材料。本实施例中，该外壳的材料为钛金属。所述电源用于为输出电路、感应电路及控制电路提供动力。该电源可采用各种化学电池，如锂电池。本实施例中，所述电源为锂-碘电池。所述控制电路电连接于所述输出电路和感应电路并可控制所述输出电路和感应电路工作。所述输出电路用于产生电脉冲信号。所述感应电路可将接受刺激的生物器官发出的电信号反馈给所述控制电路，该控制电路根据所述接收到的电信号调整该输出电路输出合适的脉冲电信号以刺激发病器官。所述接口用于与所述电极线20电连接。所述脉冲发生器10产生的脉冲信号藉由电极线20传递到人体发病器官释放，用于刺激标的细胞，例如脑部细胞或心脏肌肉细胞。 [0026] 请一并参阅图2，所述电极线20包括一导线22及一电极头23，所述导线22包括至少一子导线24，该子导线24包括一芯线结构26、一包覆于该芯线结构26外表面的一第一绝缘层27及一缠绕于该第一绝缘层27外表面的碳纳米管复合结构28，所述电极头23设置于所述导线22的一端且与所述至少一子导线24中的芯线结构26电连接。 [0027] 所述电极线20可进一步包括一连接元件30以及一固定元件40。所述连接元件30以及固定元件10分别套设于所述电极线20中的导线22的相对两端。 [0028] 该导线22可通过该连接元件30与所述脉冲发生器10的接口电连接。具体地，该导线22中的芯线结构26通过该连接元件30可与所述脉冲发生器10中的输出电路电连接，该导线22中的碳纳米管复合结构28可通过该连接元件30与所述脉冲发生器10中的感应电路电连接。所述连接元件30可为具有外螺纹的中空圆柱结构，该连接元件30通过该外螺纹与所述脉冲发生器10的接口相连，导线22的端部被该连接元件30环绕。该连接元件30的材料可采用现有技术所采用的材料，该材料由具有生物兼容性、耐腐蚀的导电材料构成，如铂金属或铂铱合金。 [0029] 所述固定元件40固定于所述导线22设置有电极头23的一端。该固定元件40可嵌入到人体组织内，用于将所述电极线20固定于所述人体发病器官的某一特定区域内，防止该电极线20从人体内滑动、脱出。所述电极头23的端部与固定元件40间隔一定的距离。所述固定元件40包括一固定环42及多个固定翼44。所述固定环42为一圆筒状结构，所述固定翼44为由该固定环42的外表面向远离固定环42的中心轴方向延伸的棒状结构，其轴向与固定环42中心轴的夹角为30º至60º，且其延伸方向为背离固定元件40所在的电极线20的方向，从而形成倒钩结构。所述固定元件40植入人体后，固定翼44被人体纤维组织包绕，从而进一步牢固的固定所述电极线20。所述固定元件40的结构不限于此，只要所述电极线20植入人体后，该固定元件40可被人体纤维组织包绕，从而牢固的固定所述电极线20即可。该固定元件40的材料可为聚氨酯或高纯硅橡胶等具有生物兼容性的高分子材料。 [0030] 所述导线22的直径可为4毫米至6毫米。所述导线22可为线型，也可螺旋弯曲设置成中空的螺旋形。请参阅图3，当所述导线22螺旋弯曲设置成中空的螺旋形时，可使所述导线22保持一定的弹性，从而可提高该电极线20的使用寿命。请参阅图4及图5，当所述导线22包括多条子导线24时，所述多条子导线24平行紧密排列形成一束状结构或者相互扭转成一扭转的线型结构。 [0031] 所述子导线24中芯线结构26由具有较高导电性、较高强度和韧性的材料组成，该材料可为不锈钢、碳纤维、钽、钛、锆、铌、钛基合金、铜、银、铂、铂-钇合金或铂-钯合金等。该芯线结构26可为线型结构，也可螺旋弯曲成一中空的筒状结构。当该芯线结构26螺旋弯曲成中空的筒状结构时，所述第一绝缘层27可整体包覆在所述筒状结构的外表面。该螺旋形芯线结构26的螺距可为0毫米至5毫米。本实施例中，该芯线结构26为由铂线螺旋弯曲而成的一中空筒状结构，其螺距为0毫米，所述第一绝缘层27整体包覆在所述筒状结构的外表面。 [0032] 所述碳纳米管复合结构28可缠绕于所述第一绝缘层27的表面，具体可螺旋缠绕于所述第一绝缘层27的表面。所述螺旋缠绕后的碳纳米管复合结构28的螺距可为0毫米至5毫米。本实施例中该螺距为3毫米。所述碳纳米管复合结构28包括由多个碳纳米管组成的碳纳米管结构及与该碳纳米管结构复合的金属材料层。所述碳纳米管结构可为线状结构，如碳纳米管线，或可为一膜状结构，如碳纳米管膜。当该碳纳米管结构为线状结构时，所述碳纳米管复合结构可螺旋缠绕于所述第一绝缘层27的外表面，当所述碳纳米管结构为膜状结构时，所述碳纳米管复合结构可螺旋缠绕于所述第一绝缘层27的外表面，也可沿垂直于所述导线22的轴线方向缠绕所述第一绝缘层27的外表面，从而使所述碳纳米管膜中的碳纳米管的轴线基本垂直于所述导线22的轴线方向。 [0033] 所述碳纳米管膜从一碳纳米管阵列中直接拉取获得。所述碳纳米管膜为由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列，所述择优取向排列是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中大多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。 [0034] 所述碳纳米管线可为一条或多条。当所述碳纳米管线为多条时，可将该多条碳纳米管线并排成束状结构，或将该多条碳纳米管线相互扭转形成一扭转结构。 [0035] 所述碳纳米管线可为一非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。 [0036] 所述非扭转的碳纳米管线的结构与上述碳纳米管膜的结构基本相同，当所述碳纳米管膜的宽度很小时可视为该非扭转的碳纳米管线。请参阅图6，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管, 该多个碳纳米管基本相互平行，且该碳纳米管的轴向基本平行于该碳纳米管线的长度方向。具体地，该非扭转的碳纳米管线中的沿非扭转的碳纳米管线轴向上的相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。该非扭转的碳纳米管线可通过采用一拉伸工具从一碳纳米管阵列中选取一定宽度的由碳纳米管组成的片段并拉取该片段获得，具体地，在该拉伸过程中，所述多个碳纳米管被首尾相连地连续拉出，从而形成了碳纳米管线。进一步地，该非扭转的碳纳米管线用有机溶剂处理。具体地，将有机溶剂浸润所述非扭转的碳纳米管的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，该非扭转的碳纳米管线中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力更加紧密地结合。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管线相比，比表面积减小，粘性降低。所述非扭转的碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国大陆公告专利申请。 [0037] 请参阅图7，所述扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。该扭转的碳纳米管线可采用一机械力将所述非扭转的碳纳米管线两端沿相反方向扭转获得。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力更加紧密地结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。该扭转的碳纳米管线的抗拉强度可大于1200Mpa，当该扭转的碳纳米管线的直径为10微米时，其抗拉强度为1.5GPa。所述扭转的碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，2008年8月20日公告的，公告号为CN100411979C的中国发明专利说明书；以及于2005年12月16日申请的，2009年6月17日公告的，公告号为CN100500556C的中国发明专利说明书。 [0038] 上述扭转的碳纳米管线和非扭转的碳纳米管线均由于其中的碳纳米管之间通过范德华力紧密结合而使得该扭转的碳纳米管线和非扭转的碳纳米管线均具有自支撑结构。所述自支撑为碳纳米管线不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身线状状态，即将该碳纳米管线置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管线能够悬空保持自身线状状态。 [0039] 所述金属材料层60可包覆于所述整个碳纳米管线的表面，也可包覆于所述碳纳米管线中的每个碳纳米管的表面，优选为，所述金属材料层60包覆于所述碳纳米管线中的每个碳纳米管的表面。 [0040] 请参阅图8及图9，本实施例中，所述金属材料层60包覆于所述碳纳米管线中的每个碳纳米管61的表面。具体地，该金属材料层60可包括依次包覆于所述碳纳米管61外表面的一润湿层64、一过渡层66及一导电层62。其中，所述润湿层64包覆于所述碳纳米管61的外表面，所述过渡层66包覆于所述润湿层64的外表面，所述导电层62包覆于所述润湿层64的外表面。 [0041] 该导电层62可使所述碳纳米管复合结构28具有更好的导电性，其可由具有较好导电性的铜、银或金构成。该导电层的厚度可为1~20纳米。本实施例中，该导电层62的材料为金，其厚度为2纳米。由于碳纳米管与大多数金属之间的润湿性不好，因此，所述润湿层64可首先包覆在所述碳纳米管上，以使得所述导电层62与所述碳纳米管61能更好的结合。该润湿层64的材料可为铁、钴、镍、钯或钛等与碳纳米管61润湿性好的金属或它们的合金，该润湿层64的厚度为1~10纳米。本实施例中，该润湿层64的材料为镍，厚度约为2纳米。所述过渡层66设置在上述润湿层64和所述导电层62之间，该过渡层66可使润湿层64与导电层62更好的结合，该过渡层66的材料可以为与润湿层64材料及导电层62材料均能较好结合的材料，该过渡层66的厚度为1~10纳米。本实施例中，该过渡层66的材料为铜，厚度为2纳米。另外，上述金属材料层60中可没有上述润湿层64及过渡层66，而仅存在导电层62，此时，该导电层62可直接包覆于所述碳纳米管61的表面。 [0042] 上述金属材料层60中的导电层62、润湿层64及过渡层66均可通过物理气相沉积法(如真空蒸镀或离子溅射)，也可采用化学沉积法(如电镀或化学镀)等方法形成于所述碳纳米管的表面。采用真空蒸镀法在所述非扭转的碳纳米管线上形成所述金属材料层具体为：将金属材料熔融后蒸发或升华形成金属材料蒸汽，该金属材料蒸汽遇到冷的碳纳米管线后，在碳纳米管线上下表面凝聚，形成金属材料附着于所述碳纳米管线表面。由于该碳纳米管线中的碳纳米管之间存在间隙，且碳纳米管线由于具有自支撑结构而可悬空设置，从而使金属材料可以渗透进入所述碳纳米管线之中，从而沉积在每根碳纳米管表面。由于该碳纳米管之间存在间隙，且后续在碳纳米管表面形成的金属材料层60较薄，具有金属材料层60的碳纳米管之间也可以具有间隙。 [0043] 所述第一绝缘层27的材料可由具有生物兼容性的柔性材料制成，如硅胶，聚亚胺酯，聚四氟乙烯或硅橡胶-聚亚胺酯共聚物等。所述第一绝缘层27的厚度可为1微米至50微米。 [0044] 进一步地，可在所述第一绝缘层27的表面进一步涂覆一层粘结剂，从而使所述碳纳米管复合结构28牢固地粘结在所述第一绝缘层27的表面。该粘结剂的材料不限，优选为医疗用粘结剂。 [0045] 上述子导线24中，所述芯线结构26具有支撑所述碳纳米管复合结构28的作用。由于所述碳纳米管复合结构28中的碳纳米管线本身具有很好的强度和韧性，从而可进一步提高整个导线24的强度和韧性。另外，所述与碳纳米管线复合的金属材料层60可进一步提高所述碳纳米管的导电性，从而提高了所述起搏器感测信号的灵敏度。因此，该导线22可提高整个起搏器100的使用寿命及灵敏度。 [0046] 所述电极头23与所述子导线24中的芯线结构26电连接，该电极头23可直接作用于人体，并将导线传输的脉冲信号传输给人体器官。该电极头23可作为所述起搏器10的刺激电极，用于与人体细胞接触，将脉冲发生器12产生的脉冲信号传递到人体细胞。 [0047] 该电极头23也可为现有技术中的电极头，此时，该电极头23与所述导线22可采用导电胶粘结在一起或者焊接在一起，且该电极头23的材料可选自导电性良好的金属材料或合金材料，如铂-铱合金。此时，该电极头23的表面还形成有一涂覆层（图未示）。该涂覆层为具有生物相容性的多孔材料，具体可为活性炭、碳纤维、碳纳米管或钛氮化合物等。该涂覆层可以使所述电极头23与生物器官的生物兼容性增加并增加了所述电极头23与所述生物器官接触的面积。 [0048] 此外，该电极头23也可与所述芯线结构26为一体结构，即所述子导线24中的芯线结构26的远离所述脉冲发生器12的一末端可突出于所述第一绝缘层27和所述碳纳米管复合结构28并暴露于外，从而使该芯线结构26暴露于外的末端直接作为所述电极头23，而无需在该导线22上安装额外的电极头23。该电极头23的长度可为0.5毫米至2毫米。 [0049] 本实施例中，所述芯线结构26的远离所述脉冲发生器12的末端直接用于所述电极头23。具体地，当所述导线22仅包括一根线型子导线24时，所述电极头23可为由该一根线型子导线24中的芯线结构26的末端构成的一线型尖端或螺旋状尖端；当该一根子导线24被螺旋弯曲设置成一螺旋状时，所述电极头23则为芯线结构26螺旋弯曲而成的一螺旋状尖端或一直线状尖端。当所述导线22包括多条子导线24时，在该导线22的端部，该多个芯线结构26可以发散的向不同方向延伸，从而形成具有多个分支的电极头23；或者该多条子导线24平行排列成一束状结构或相互扭转成一扭转的线型结构时，该电极头23则为由多个芯线结构26的末端构成的束状尖端，或者为该多个芯线结构26的末端扭转而成的线状尖端，或者为该束状结构或扭转的线型结构螺旋弯曲而成的螺旋状。 [0050] 请参阅图10及图11，该电极线20可进一步包括一第二绝缘层72、一屏蔽层74及一第三绝缘层76。 [0051] 请参阅图10，所述第一绝缘层27包覆在螺旋弯曲成中空筒状结构的芯线结构26外表面，所述碳纳米管复合结构28螺旋缠绕在所述第一绝缘层27的外表面，所述第二绝缘层72包覆于所述导线22中的碳纳米管复合结构28的整个外表面。所述屏蔽层74包覆于所述第二绝缘层72的外表面，且所述第三绝缘层76包覆于所述屏蔽层74的外表面。 [0052] 所述第二绝缘层72和第三绝缘层76由具有生物兼容性的柔性材料制成，如硅胶，聚亚胺酯，聚四氟乙烯或硅橡胶-聚亚胺酯共聚物等。所述第二绝缘层72和第三绝缘层76的厚度可为1微米至50微米。 [0053] 所述屏蔽层74由一导电材料形成，用于屏蔽外部电磁干扰或外部信号干扰。从而使所述导线22可正常传导脉冲电流。所述屏蔽层74可为一金属薄膜或碳纳米管薄膜包覆于所述第二绝缘层72的外表面，也可为由金属线等线状结构紧密缠绕、编织于所述第二绝缘层72的外表面。 [0055] 本实施例中，所述电极头23，即所述导线22中的芯线结构26的一末端从所述第一绝缘层27、碳纳米管复合结构28、第二绝缘层72、屏蔽层74及第三绝缘层76暴露出来。 [0056] 另外，请一并参阅图1，为使所述碳纳米管复合结构28能感测到所述发病器官所发出的电信号，并将该电信号能传输到所述脉冲发生器10中的感应电路，可使所述碳纳米管复合结构部分地暴露于外，以能直接与发病器官接触。具体地，上述第二绝缘层72、屏蔽层74和第三绝缘层76共同定义一开口70，通过该开口70暴露出所述碳纳米管复合结构28。 [0057] 请参阅图11，所述第二绝缘层72、屏蔽层74和第三绝缘层76也可不按照上述方式设置。具体地，可将所述屏蔽层74和第二绝缘层72设置在所述碳纳米管复合结构28和所述第一绝缘层27之间。具体地，所述屏蔽层74可直接包覆于所述第一绝缘层27的外表面，所述第二绝缘层72则包覆于所述屏蔽层74的外表面，且所述碳纳米管复合结构28螺旋缠绕于所述第二绝缘层72的外表面，所述第三绝缘层76包覆于所述碳纳米管复合结构28的外表面。此时，为使所述碳纳米管复合结构28能感测到所述发病器官所发出的电信号，所述第三绝缘层76可定义一开口70，通过该开口70暴露出所述碳纳米管复合结构28。 [0058] 当所述起搏器100在应用时，将所述起搏器100中的电极线20植入心脏、血管、脑部等人体组织，并使电极线20的电极头23与待治疗区域的细胞接触，使部分所述碳纳米管复合结构28也与人体器官接触。因所述电极线20中的芯线结构26与所述脉冲发生器中的输出电路电连接，从而使所述输出电路发出的脉冲信号通过所述芯线结构26传输到所述电极头23以刺激与其接触的发病器官；而由于所述部分暴露于人体发病器官的碳纳米管复合结构28与脉冲发生器10的感应电路电连接，从而可将其感测到的人体发病器官的电信号传输给感应电路，进而所述控制电路根据所述感应电路发出的感应信号调节所述输出电路输出合适的脉冲信号。 [0059] 另外，本领域技术人员还可以在本技术方案精神内做其它变化，当然，这些依据本技术方案精神所做的变化，都应包含在本技术方案所要求保护的范围之内。 |
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