JP2006517847A

JP2006517847A - 増大した表面積の生体用電極

Info

Publication number: JP2006517847A
Application number: JP2006503633A
Authority: JP
Inventors: ブレンネン，ケニース・アール; ブラベック，スコット・ジェイ; シンデルデッカー，ウィリアム・ジェイ
Original assignee: メドトロニック・インコーポレーテッド
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US20050075709A1; EP1601411A1; WO2004073790A1; CA2516272A1

Abstract

植込型生体用電極は、表面上に電気化学的に堆積され、そしてその表面に焼結された白金粒子を含む。

Description

発明の分野
本発明は生体用の植込型電気リード線および同電極に関する。さらに具体的には、本発明は金属基体上に形成された焼結白金黒粒子を含む植込型電極に関する。

発明の背景
ペーシング刺激の送達中には電極−組織界面部位で電気化学的反応が起こる。この効果は一般に分極インピーダンスと称される。分極インピーダンスは電極−組織界面における分極の程度を意味し、それは電極の効率に強い影響を与え得る。エネルギーを隣接体組織へ、または隣接体組織から移動させる際の電極の効率が分極インピーダンスによって影響されるのである。

低分極インピーダンスは刺激電極において重要である；心臓を刺激する所要エネルギーは低分極インピーダンスの電極を有することによって減少せしめられるからである。低分極インピーダンス電極は、また、低分極電極が検出増幅器の入力インピーダンスに課される要求を軽減するので検出電極に望ましい。これは検出された生体電気信号の強さを増すようにふるまう。

電極の中には刺激パルスに続いてある程度の分極を示すものがある。この分極は刺激パルスに続いて消えるが、それが次に続く刺激パルスの送達を著しく妨害するとは考えられない。しかし、これら電極の分極は、刺激インパルスの送達に直ぐ続く期間中に心臓の電気活性に応答する電極の能力を妨害するのに十分であるだろう。従って、刺激パルスに直ぐ続く心臓の活性を検出することができるように、十分に低い刺激電極分極を有することが望ましい。これは、ペーシングパルスまたは除細動パルスによって引き起こされる心筋の応答を検出するのに特に重要である。

植え込みを行うと、それに続いて慢性刺激閾値（chronic stimulation threshold）は、初めに観察される急性（acute）刺激閾値より２〜３倍高くなる。より大きい刺激閾値は、所要エネルギー量に対応する増加を必要とし、それは植え込まれた装置の効率を低下させる。閾値の増大は、普通、電極チップの周りに発生する線維層に因ると考えられる。具体的に言うと、被刺激性のない結合組織の１層または複数層の発生は刺激部位の電極チップ周囲に起こる。この線維層は、電極の実表面よりも相当大きい仮想の電極表面積をもたらす。表面積の増大は被刺激性のある組織との界面における電流密度を低下させ、その結果として刺激閾値は一層高くなる。電極表面の微細構造は線維層の厚さに強い影響を与える１つの因子である。

研磨された白金基体および白金−イリジウム基体は、それら基体の有効表面積を増大させる他の材料で被覆されるとより良好な電極として役立つ。しかし、研磨された白金または白金−イリジウム基体は、その表面にこれらの粒子を最適に接着させないことが多い。

多くの電極は、現在、白金−イリジウム（９０：１０）基体に基づくもので、それらはその白金−イリジウム基体上に電気化学的に堆積された白金黒粒子を有する。それら白金黒粒子は、非常に小さい、例えば１ミクロン未満の平均粒径を有することができる。この小さい粒径は電極の有効表面積を有意に増大させ、かくして減少した分極インピーダンスを与える。

現行の方法は白金−イリジウム基体の上に白金黒粒子を電気化学的に堆積させることを含むもので、小さい、むらのある、脆い、フラクタルの表面特長で覆われた白金−イリジウム基体を後に残す。このような方法は、参照することによって本明細書に含まれる米国特許第４，５０２，４９２号明細書に記載されている。このより脆い構造は、基体表面にブラシを掛けることによってその表面から除去することができる。現行の製造技術は電極表面を顕微鏡下で手動で調べ、そしてその表面にハンドブラシを掛けてより脆いおよび／またはより弱く接着した白金黒粒子をその表面から取り除くことを含む。
図面の詳細な説明
図１は、好ましくはシリコーンゴム、ポリポリウレタンまたは他の生体適合性重合体から造られた細長い絶縁性のリード線本体２１０を含む除細動リード線２００の平面図である。図１で説明されるように、リード線本体２１０の近位端は、コネクターレグのリード線２００を植込型医療装置（図示されず）に電気的に接続させるＩＳ−１コネクターレグ２２４およびＤＦ−１コネクターレグ２２２を含む、この技術分野の当業者に一般に知られているような二又コネクターアセンブリー２２０の中で終わっている。図１でさらで説明されるように、リード線本体２１０の遠位端１００は除細動電極コイル２１２、リング電極２１４およびチップ電極２１６を持ち、ここで各電極はこの技術分野の当業者に一般に知られている様式でリード線本体２１０内の絶縁されたコネクターを経由してコネクターレグに連結されている。尖叉２１８がチップ電極２１６を心筋組織と接触保持するために取り付けられている。本発明の色々な態様によれば、上記電極は、そのいずれの１つもまたはその全てが、電気化学的に堆積された白金黒粒子を焼結させることによって一部は形成されている増大した表面を含む。さらに、リード線２００は色々なタイプの電極を含むけれども、本発明による代替態様は、ここに記載される増大した表面を有する１つのタイプの電極を含むことを必要とするだけである。

図２は交番チップ電極の平面図である。図２はへリックス電極１０４としての交番チップ電極を説明するものであって、それはリード線本体２１０の遠位端１００の境界をなし、かくして図１で説明される尖叉２１８およびチップ電極２１６の代わりとなる。本発明の１つの態様によれば、へリックス電極１０４は、電気化学的に堆積された白金黒粒子を焼結させることによって一部は形成されている増大した表面を含む。

本発明の諸態様によれば、コイル電極２１２、リング電極２１４、チップ電極２１６、へリックス電極１０４、またはリード線２００のようなリード線に取り付けるのに適した任意の他の形態の電極は、白金を含む材料、例えば白金とイリジウムとの合金から形成され、そして電気化学的に堆積された白金黒粒子を焼結させることによる増大せしめられた表面を有する。

図３は増大した表面１１６を含む電極１１０を通る拡大部分断面の概略図である。図３で説明されるように、電極１１０は基体１１２を含み、その基体１１２はそれを覆って形成された第一層１１４を有する。本発明によれば、基体１１２は白金、例えば白金−イリジウム合金を含み、そして第一層１１４は焼結された電気化学的堆積白金黒層である。表面１１６は露出しており、本発明による電極の１つの態様では増大した表面積を有する。或いはまた、表面１１６は図４で説明されるもう１つの層の基礎の役目をする。表面１１６の例は図８−１５に与えられている。

図４は増大した表面１２８を含む電極１２０を通る拡大部分断面の概略図である。図４で説明されるように、電極１２０は基体１２２を含み、その基体１２２はそれを覆って形成された第一層１２４および第二層１２６を有する。本発明によれば、基体１２２は白金、例えば白金−イリジウム合金を含み、そして第一層１２４は焼結された電気化学的堆積白金黒層である。第二層１２６は基体１２２に対する接着が第一層１２４によって高められる増大した表面積１２８を形成する材料である。１群の態様において、第二層１２６はイリジウム−酸化物、チタン−窒化物、ルテニウム−酸化物、白金黒粒子およびそれらの組み合わせより成る群から選ばれる。表面１２８の例は図１６および１７に与えられている。

図５は、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１０ミクロンバーを有する、研磨された白金−イリジウム表面の顕微鏡写真である。その基体は、王水中で１０分間酸エッチングされ、続いて脱イオン水およびイソプロピルアルコール中で洗浄された、約３６〜約３８平方ミリメートルの幾何学的表面積を有する９０：１０白金−イリジウム陽極リングの一部である。その研磨された白金−イリジウム表面は、それだけで、最良とまではいかないが１つの電極（a less-than-optimal electrode）として役立ち、そして好ましくはさらに増大せしめられる。

図６は、電極表面上に白金黒粒子が電気化学的に堆積されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図５で説明されているもののような電極表面の顕微鏡写真である。図７は、２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図６の表面の顕微鏡写真である。本発明によれば、代わって電気化学的堆積としてここで説明される白金化（platinization）法が、図６および７の表面を創り出すために用いられる。白金化法には、クロロ白金酸浴中における白金黒粒子の電気化学的堆積法がある。クロロ白金酸の１つの供給会社はJohnson-Matthey社である。図６および７で説明される例において、電気化学的堆積は４．５ミリアンペアの電流において２分間続けられた。それらの電極は次いで脱イオン水中で、続いてイソプロピルアルコール洗液中で洗浄された。前記の米国特許第４，５０２，４９２号明細書は白金化法をさらに詳細に説明している。

図８は、電極表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような電極表面の顕微鏡写真である。図９は、２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図８の表面の顕微鏡写真である。本出願で用いられている用語「焼結する」または「焼結された」は、粒子がそれら粒子を少なくとも部分的に再流動させるのに十分な温度まで加熱されるプロセスを言う。本発明によれば、焼結すると、下にある基体に対する接着が向上せしめられた白金黒粒子が形成され、そして本発明の一部の態様では、白金黒粒子は焼結中に隣接粒子に接着してそれら隣接粒子と融合することもある。図８および９、並びに残りの図の例によって説明される焼結プロセスは、焼結炉中において、少なくとも１０ｘ１０^−５トルの真空下で行われるのが好ましい。図８および９は、１８７５°Ｆの温度において５分間焼結することによって形成された、本発明の１つの態様による改質白金化表面を説明している。図９は、焼結することによって引き起こされた表面特長の変化を観察するために図７と比較することができる。図８および９に示される焼結された表面は極めて不規則であって、図５で説明されるもののような平滑な表面の表面積と図６および７で説明されるもののようなフラクタル被覆された表面の表面積との中間の有効活性表面積を有する。

図１０は、電極表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような電極表面の顕微鏡写真である。図１１は、２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図１０の表面の顕微鏡写真である。図１０および１１は、１８７５°Ｆの温度において１５分間焼結することによって形成された、本発明の１つの態様による改質白金化表面を説明している。図１１は、焼結することによって引き起こされた表面特長の変化を観察するために図７と比較することができ、またより長い期間焼結することによって引き起こされた特長の変化を観察するために図９と比較することができる。

図１２は、電極表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１０ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような電極表面の顕微鏡写真である。図１３は、２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために２ミクロンバーを有する、図１２の表面の顕微鏡写真である。図１２および１３は、１９５０°Ｆの温度において５分間焼結することによって形成された、本発明の１つの態様による改質白金化表面を説明している。図１３は、焼結することによって引き起こされた表面特長の変化を観察するために図７と比較することができ、またより高い温度で焼結することによって引き起こされた特長の変化を観察するために図９と比較することができる。

図１４は、電極表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような電極表面の顕微鏡写真である。図１５は、２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図１４の表面の顕微鏡写真である。図１４および１５は、２１７５°Ｆにおいて１０分間焼結することによって形成された、本発明の１つの態様による改質白金化表面を説明している。図１５は、焼結することによって引き起こされた表面特長の変化を観察するために図７と比較することができ、またより高い温度で焼結することによって引き起こされた特長の変化を観察するために図９、１１および１３と比較することができる。

本発明によれば、上記の例によって例証されるように、焼結は壊れやすい白金化表面をより強い表面に変える。白金黒粒子の少なくとも部分的な再流動を引き起こす加熱は、それら粒子の基体に対する接着を強化し、同時にその次の層のより耐久性の基礎を与える。後続層の例に、イリジウム−酸化物、ルテニウム−酸化物、チタン−窒化物、白金黒粒子およびそれらの組み合わせがある。本発明の一部の態様によれば、イリジウム−酸化物またはルテニウム−酸化物はスパッタリングかまたはスラリー中での熱分解のいずれかによって堆積され、ここでこの両方法はこの技術分野の当業者によって知られ、理解されている。本発明のもう１つの態様によれば、チタン−窒化物はスパッタリングによって堆積され、また、本発明のさらにもう１つの態様によれば、焼結された表面には白金黒粒子のもう１つの層が電気化学的に堆積される。

図１６は、電極表面上に白金黒粒子の第二層が白金黒粒子の焼結された層を覆って電気化学的に堆積されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図８および９で説明されているもののような電極表面の顕微鏡写真である。図１７は、２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図１６の表面の顕微鏡写真である。図１６および１７は、図４に第一層１２４として描かれているもののような焼結された層が、増大した顕微鏡的表面積を有する第二層（即ち、図４で１２６）によって創り出された表面（即ち、図４の１２８）の基礎として役立つ本発明の１つの態様を説明している。図１６および１７の例において、その表面は白金化によって創り出されているが、代替態様においてはチタン−窒化物、イリジウム−酸化物またはルテニウム−酸化物の第二層は分極またはペーシングインピーダンスを低下させる向上した性質を有する異なる表面構造を創り出す。

本発明による電極は一般に植込型生体用リード線中に含めることができる。このようなリード線に、例えば心臓信号検出リード線、心臓ペーシングリード線、心臓除細動リード線、神経刺激リード線および神経信号検出リード線がある。本発明は、また、電気生理マッピングカテーテルのようなインターベンショナルカテーテルにおいても有用に用いることができる。上記で本発明を特定の態様および実施例に関して説明したが、本発明は必ずしもそのように限定されないこと、そして数多くの他の態様、実施例、用途、並びにそれら態様、実施例および用途から離れたものがここに添付される特許請求の範囲によって包含されることが意図されることは、この技術分野の当業者であれば認められるだろう。

リード線の平面図である。交番チップ電極の平面図である。本発明の１つの態様による電極を通る拡大部分断面の概略図である。本発明のもう１つの態様による電極を通る拡大部分断面の概略図である。２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１０ミクロンバーを有する、研磨された白金−イリジウム表面の顕微鏡写真である。表面上に白金黒粒子が電気化学的に堆積されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図５で説明されているもののような表面の顕微鏡写真である。２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図６の表面の顕微鏡写真である。表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような表面の顕微鏡写真である。２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図８の表面の顕微鏡写真である。表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような表面の顕微鏡写真である。２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図１０の表面の顕微鏡写真である。表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１０ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような表面の顕微鏡写真である。２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために２ミクロンバーを有する、図１２の表面の顕微鏡写真である。表面上に白金黒粒子が焼結されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図６および７で説明されているもののような表面の顕微鏡写真である。２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図１４の表面の顕微鏡写真である。表面上に白金黒粒子の第二層が白金黒粒子の焼結された層を覆って電気化学的に堆積されている、２５００Ｘに拡大された、尺度を示すために１２ミクロンバーを有する、図８および９で説明されているもののような表面の顕微鏡写真である。２０，０００Ｘに拡大された、尺度を示すために１．５ミクロンバーを有する、図１６の表面の顕微鏡写真である。

Claims

植込型生体用電極を製造する方法であって：
白金を含む金属基体上に白金粒子を電気化学的に堆積させ；そして
上記基体および白金粒子を加熱してその白金粒子をその基体に焼結させる
工程を含む上記の方法。
金属基体がイリジウムをさらに含む、請求項１に記載の方法。
加熱温度が華氏で約１８００〜約１９００度であり、そして約４〜約１０分間保持される、請求項１に記載の方法。
加熱温度が華氏で約１８００〜約１９００度であり、そして約１０〜約２０分間保持される、請求項１に記載の方法。
加熱温度が華氏で約１９００〜約２２００度であり、そして約４〜約１５分間保持される、請求項１に記載の方法。
焼結された白金粒子を覆って層を形成する工程をさらに含み、ここでその層はイリジウムおよびルテニウムより成る群から選ばれる物質を含む、請求項１に記載の方法。
層を形成する工程がスパッタリングを含む、請求項６に記載の方法。
層を形成する工程がスラリー中での熱分解を含む、請求項６に記載の方法。
焼結された白金粒子を覆って層を形成する工程をさらに含み、ここでその層はチタン−窒化物を含む、請求項１に記載の方法。
層を形成する工程がスパッタリングを含む、請求項９に記載の方法。
焼結された白金粒子を覆って層を形成する工程をさらに含み、ここでその層は白金を含む、請求項１に記載の方法。
層を形成する工程が電気化学的堆積を含む、請求項１１に記載の方法。
表面、およびその表面上に電気化学的に堆積され、そしてその表面に焼結された白金粒子を含む植込型生体用電極。
表面が白金−イリジウム合金によって形成されている、請求項１３に記載の電極。
白金粒子が表面に華氏で約１８００〜約１９００度の、約４〜約１０分の時間保持された温度で焼結されている、請求項１３に記載の電極。
白金粒子が表面に華氏で約１８００〜約１９００度の、約１０〜約２０分の時間保持された温度で焼結されている、請求項１３に記載の電極。
白金粒子が表面に華氏で約１９００〜約２２００度の、約４〜約１５分の時間保持された温度で焼結されている、請求項１３に記載の電極。
焼結された白金粒子を覆って形成された層をさらに含み、ここでその層はイリジウム−酸化物、ルテニウム−酸化物、チタン−窒化物および白金より成る群から選ばれる、請求項１３に記載の電極。
表面、およびその表面上に電気化学的に堆積され、そしてその表面に焼結された白金粒子を含んでいる電極を含む植込型生体用リード線。
電極の表面が白金−イリジウム合金によって形成されている、請求項１９に記載のリード線。
白金粒子が表面に華氏で約１８００〜約１９００度の、約４〜約１０分の時間保持された温度で焼結されている、請求項１９に記載のリード線。
白金粒子が表面に華氏で約１８００〜約１９００度の温度で約１０〜約２０分の時間焼結されている、請求項１９に記載のリード線。
白金粒子が表面に華氏で約１９００〜約２２００度の、約４〜約１５分の時間保持された温度で焼結されている、請求項１９に記載のリード線。
電極の焼結白金粒子を覆って形成された層をさらに含み、ここでその層はイリジウム−酸化物、ルテニウム−酸化物、チタン−窒化物および白金より成る群から選ばれる、請求項１９に記載のリード線。
電極がコイル電極である、請求項１９に記載のリード線。
電極がリング電極である、請求項１９に記載のリード線。
電極がチップ電極である、請求項１９に記載のリード線。
チップ電極がへリックス電極である、請求項２７に記載のリード線。