CN103093857B - 电极线及应用该电极线的起搏器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极线，其包括一导线及与该导线电连接的一电极头，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及一缠绕于该芯线结构表面的碳纳米管复合结构。本发明也涉及一种采用所述电极线的起搏器。

Description

电极线及应用该电极线的起搏器

技术领域

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

起搏器是指一种可植入人体内的电子治疗仪器。起搏器能够发出脉冲电流刺激发病器官，治疗发病器官因电信号失常而引起的某些功能障碍。

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。

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

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。

一种电极线，其包括一导线及与该导线电连接的一电极头，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及一缠绕于该芯线结构表面的碳纳米管复合结构。

一种起搏器，其包括：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器。

与现有技术相比，本发明电极线中的芯线结构外表面缠绕有碳纳米管复合结构，该碳纳米管复合结构具有较高的强度和韧性，所以，可以提高所述电极线的强度和韧性，从而增加了该电极线和起搏器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的起搏器结构示意图。

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。

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。

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。

图5是本发明第一实施例提供的子导线相互扭转形成的一扭转线型结构示意图。

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。

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。

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。

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。

图10是本发明第一实施例提供的电极线的剖视图。

主要元件符号说明

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
		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
		包覆层	70
第一绝缘层	72
		屏蔽层	74
第二绝缘层	76

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

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。

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发出的电脉冲信号通过所述电极线20作用于人体。

所述脉冲发生器10包括外壳、电源、输出电路、感应电路、控制电路及接口等（图未示）。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。

请一并参阅图2，所述电极线20包括一导线22及一与该导线22电连接的一电极头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及一缠绕于该芯线结构26表面的碳纳米管复合结构28。

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。

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，进而与所述脉冲发生器10中的输出电路和感应电路电连接。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。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。

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。

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一螺旋管状结构。请参阅图3，当所述导线22采用螺旋管状结构时，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。

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。本实施例中，该芯线结构26的材料为铂。

所述碳纳米管复合结构28以所述芯线结构26为轴线缠绕于所述芯线结构26的表面，具体可为螺旋缠绕于所述芯线结构26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芯线结构26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芯线结构26的外表面，也可沿垂直于所述导线22的轴线方向缠绕所述芯线结构26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。

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。

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相互缠绕的绞线结构。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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，因此具有金属材料层60的碳纳米管之间也可以具有间隙。

进一步地，可在所述芯线结构26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牢固地粘结在所述芯线结构26的表面。该粘结剂的材料不限，优选为医疗用粘结剂。

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。所述缠绕于该芯线结构26表面的碳纳米管复合结构28可提高整个导线的机械性能和韧性，具体地，当所述导线22受到一定的拉力时，该芯线结构26在拉力的方向被拉伸，由于所述碳纳米管复合结构28与所述芯线结构26之间存在摩擦力，该摩擦力有阻止该芯线结构1424被拉断的作用。此外，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机械性能、韧性和导电性，所述与其中的碳纳米管线复合的金属材料层可进一步提高所述碳纳米管的导电性，且当所述芯线结构26发生断裂时，由于所述碳纳米管复合结构28具有较高的强度而不会发生断裂，且也具有导电性，从而也可起到传输脉冲信号并刺激所述人体器官和感测所述人体器官的生理信号的作用。因此，该导线22可提高整个起搏器的使用寿命。

所述电极头23与所述导线22电连接并且裸露于人体，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的刺激电极或感测电极，用于与人体细胞接触，将脉冲发生器12产生的电脉冲信号传递到人体细胞。

该电极头23也可为现有技术中的电极头，此时，该电极头与所述导线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的表面还可进一步形成有一涂覆层。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。

此外，该电极头23也可与所述导线22为一体结构，即所述导线22的远离所述脉冲发生器12的一末端可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。或者，所述电极头23为所述导线22中的子导线24的末端，当所述导线22包括多个子导线24时，所述电极头23可为所述多个子导线24的末端，也为该多个子导线24中的部分子导线24的末端。该电极头23的长度可为0.5毫米至2毫米。

本实施例中，所述导线22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中空的螺旋状时，所述电极头23则可为该子导线24螺旋弯曲而成的一中空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，该多个子导线24可以发散的向不同方向延伸，从而形成具有多个分枝的电极头23；或者该多个子导线24也可以合并为一束状结构或扭转成一扭转的线型结构，从而形成仅具有一个尖端的电极头23；或者当所述束状结构或扭转的线型结构螺旋弯曲设置成一中空的螺旋状时，所述电极头23则可为该束状结构或扭转的线型结构螺旋弯曲而成的螺旋状尖端。

请参阅图9，该电极线20可进一步包括一包覆层70，该包覆层可包括一第一绝缘层72、一屏蔽层74及一第二绝缘层76。

所述第一绝缘层72可包覆于所述导线22的整个外表面，如当该导线22螺旋弯曲成一中空的螺旋状结构时，所述第一绝缘层72包覆于该整个螺旋状结构的外表面。当所述导线22包括多个子导线24时，所述第一绝缘层72可以整体包覆多个所述子导线24，也可分别包覆于所述每个子导线24的外表面。

所述屏蔽层74包覆于所述第一绝缘层72的外表面，该屏蔽层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一绝缘层72的外表面，也可为由金属线等线状结构紧密缠绕、编织于所述第一绝缘层72的外表面。

所述第二绝缘层76包覆于所述屏蔽层74的外表面。

该第二绝缘层76的材料可与第一绝缘层72的材料相同或不同，具体地，该第一绝缘层72和第二绝缘层76均可由具有生物兼容性的高分子材料组成，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72以及第二绝缘层76的厚度可为1微米至50微米。

本实施例中，所述电极头23，即所述导线22的一末端从所述第一绝缘层72、屏蔽层74及第二绝缘层76暴露出来。

当所述起搏器100在应用时，可以将所述起搏器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。启动该起搏器100的脉冲发生器12后，所述电极线20将所述脉冲发生器12产生的电流传导到所述电极线20的电极头23，然后该电极头23将脉冲电流传递到治疗区域的细胞以刺激发病器官及组织，从而起到治疗发病器官及组织因电信号失常而引起的某些功能障碍的目的。通过测量脉冲发生器12和所述电极头23之间的电位差，即可识别发病器官及组织内的情况，根据该情况和病人的状况调整所述脉冲发生器12产生的脉冲电流的频率以及强弱等参数来刺激发病器官及组织。

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。

Claims (16)

1.一种电极线，其包括一导线及与该导线电连接的一电极头，所述导线为一螺旋管状结构，该螺旋后的导线的螺距从该导线的延伸方向上的一端到另一端逐渐增大，该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及一缠绕于该芯线结构表面的碳纳米管复合结构。

2.如权利要求1所述的电极线，其特征在于，所述碳纳米管复合结构包括至少一碳纳米管线及与该碳纳米管线复合的金属材料层，该碳纳米管线由多个碳纳米管组成。

3.如权利要求2所述的电极线，其特征在于，所述碳纳米管线为一非扭转的碳纳米管线，该非扭转的碳纳米管线的多个碳纳米管沿该非扭转的碳纳米管线长度方向延伸，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。

4.如权利要求2所述的电极线，其特征在于，所述碳纳米管线为一扭转的碳纳米管线，该扭转的碳纳米管线的多个碳纳米管绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。

5.如权利要求2所述的电极线，其特征在于，所述金属材料层整体包覆于所述碳纳米管线的表面或者包覆于所述碳纳米管线中的每个碳纳米管的表面。

6.如权利要求5所述的电极线，其特征在于，所述金属材料层包括一导电层，该导电层的材料为铜、银或金。

7.如权利要求6所述的电极线，其特征在于，所述金属材料层进一步包括一润湿层及一过渡层依次设置在所述碳纳米管线和所述导电层之间，所述润湿层设置于所述碳纳米管与所述过渡层之间。

8.如权利要求7所述的电极线，其特征在于，所述润湿层的材料为铁、钴、镍、钯或钛。

9.如权利要求7所述的电极线，其特征在于，所述过渡层的材料为铜。

10.如权利要求1所述的电极线，其特征在于，所述电极头与所述导线为一体结构，且所述电极头为所述导线的一末端部。

11.如权利要求10所述的电极线，其特征在于，所述导线包括多个子导线，所述电极头为所述多个子导线中的部分子导线的末端部。

12.如权利要求10所述的电极线，其特征在于，所述电极线进一步包括一包覆层包覆于所述导线的外表面，该导线中用于电极头的末端部从所述包覆层裸露出。

13.如权利要求12所述的电极线，其特征在于，所述包覆层包括依次包覆于所述导线的外表面的第一绝缘层、屏蔽层及第二绝缘层。

14.如权利要求1所述的电极线，其特征在于，所述导线螺旋弯曲成一中空的圆筒状结构或线型结构。

15.如权利要求1所述的电极线，其特征在于，所述芯线结构由导电材料组成，该导电材料为不锈钢、碳纤维、钽、钛、锆、铌、钛基合金、铜、银、铂、铂-钇合金或铂-钯合金。

16.一种起搏器，其特征在于，包括一脉冲发生器及如权利要求1至15项任意一项所述的电极线，该电极线电连接于所述脉冲发生器。