CN100377751C - 针电极及其制造方法 - Google Patents

Abstract

用于治疗，特别是用于由成像处理而可见的肿瘤的经皮直流疗法的针电极，其具有由铂构成的镀层，以及根据本发明的针电极的制造方法。

Description

针电极及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于治疗，特别是适合于通过成像过程而可见的肿瘤的经皮直流疗法的针电极。本发明还涉及制造根据本发明的针电极的方法。

背景技术

现今已有多种治疗原发性肿瘤、皮肤肿瘤或转移性肿瘤的方法。这里会提到以下的治疗方法：手术摘除肿瘤、冷冻疗法、高温疗法、化学疗法、酒精烧蚀、射频烧蚀或电化学治疗。

电化学肿瘤治疗(ECT)也称作直流疗法。这种方法主要用于治疗由于功能或美感原因而不能手术治疗、无法再进行放射治疗或已经对化学疗法产生了抵抗性的肿瘤。电化学疗法(ECT)或直流疗法包括把电极放置在肿瘤组织上，比如皮肤次生肿瘤、淋巴节次生肿瘤或孤立器官次生肿瘤、使DC电通过肿瘤组织。足够高的电流总量可以使肿瘤组织破坏甚至坏死(完全坏死)。

向电极施加DC电之后，肿瘤组织的PH值和电荷会由于各种电化学过程而变化。从而在肿瘤区域中建立的电场使该电场中的带电粒子迁移。

带负电的粒子(阴离子)向带正电的电极(正极)移动，而带正电的粒子(阳离子)向带负电的电极(负极)移动。在这个称为电荷分离或离解的过程中，较大的带电粒子，比如蛋白质，也会根据它们的电荷而分离。肿瘤细胞的破坏中的一个重要因素是在细胞膜中发生的极性变化，这显著地扰乱了细胞膜的代谢功能(电解质泵、养分泵，等等)。这从而破坏了癌细胞的重要生命过程所不可缺少的特定均衡，使这些细胞死亡。

因为肿瘤组织的电阻大大低于健康组织的电阻，这种治疗方法在肿瘤学中的应用在不断增长。电流主要集中在有害组织上，从而可以选择性地破坏恶性(有害)组织。通过自然过程，例如通过增强的eating cell活动，被破坏的肿瘤组织消解、消除并被疤痕组织替代。

这种电化学疗法的一种扩展形式是与化学疗法结合。通过向肿瘤中引入细胞抑制剂(化学治疗物质)，比如丝裂霉素(mitomycin)、adriblatin、表柔比星(epirubicin)和施铂锭(cisplatin)，可以增强直流电对肿瘤组织的破坏效果。这些细胞抑制剂大多是阳离子物质，其在电场中从正极通过肿瘤组织移动到负极。这样，细胞抑制剂以集中的方式引入肿瘤组织中并扩散，从而它们产生最佳效果。在没有电疗法的全身化学疗法或局部细胞抑制剂灌注中，引入该物质并不都是可控的，从而健康组织也可能会被破坏。

另一个效果是由于电场而在细胞膜电势中发生的变化。这个变化使细胞开放，从而细胞抑制剂的吸收变得更加有效。由正极产生的电场中的酸性条件使得细胞抑制剂更加有活性。因此，功效系数提高了很多倍。

为此，使用设计为细针的电极(或者设计为插管用于组合电疗法/化学疗法)进行电疗。传统的针或插管是由铜或不锈钢(可以与铜合金，也可以不)制成的。这些针的主要缺点是铜合金易于受到电化学分解(电化腐蚀)。在有铜的情况下，所形成的铜离子在高浓度下对器官是有毒的。另外，针/插管的电导率和电阻降低。从而无法最优地建立电场，这对治疗条件带来了不利的影响。无法完全消除由所引入的细胞抑制剂和铜离子之间的相互作用而对肿瘤组织和健康组织产生的负面影响。

重要的还有在血管区的植入物的电腐蚀分离/沉降中用作电极的针(特别是由医用钢制成的针)。这些电极大多应用于颈部/背部区域，并且经常带来疼痛和难看的体表灼伤或疤痕。

因此，在选择针电极和插管的材料时，重要的是一方面考虑物理特性(电导率、电阻、强度)，另一方面考虑排斥和组织发炎(相容性)的危险。

发明内容

考虑到这些要求，本发明的目的是提供一种针电极，其不仅是导电性的并高度耐抗由建立的电场引起的条件，而且广泛地相容(生物相容)并对细胞抑制剂是惰性的。另外，这种针电极不应该在所使用的地方带来任何明显的体表灼伤和/或疤痕。还需要制造具有上述特性的针电极的方法。

为了实现这个目的，在前面提到的针电极类型的基础上，本发明提出了用于治疗的针电极，其特征在于其具有由铂构成的镀层。

在医疗领域中，由于钛与人体器官的生物相容性以及其优异的抗冲击性能，钛用于制造骨钉、假肢、针等等。另外，考虑到钛的物理特性，即良好的导电性，钛是制造针电极或插管的理想材料。但是，由于其腐蚀和点蚀可能性，现在很少使用钛或其合金作为电极材料。

为了更好的抗腐蚀性能，可以为给定的钛主体/物体提供钝化、氧化镀层。但是，这种方法不能满意地用于电疗法。

为此，本发明提出了钛主体镀铂。铂属于贵金属，很难发生电化学腐蚀。铂电极是很好的电极，因为它们具有良好的导电性和很高的耐用性。给钛主体添加铂镀层提高了针电极的抗腐蚀和点蚀性能，同时不影响其高电导率。考虑到铂的昂贵价格，由于昂贵的治疗费用，用100％的铂来制造针电极在经济上是不合适的。另外，要排除使用铂或铂合金作为电极主体，因为铂是非常软的材料。对于引入人体的针电极，强度是一个主要的要求。

研究表明钛主体镀贵金属是非常难的过程。贵金属层很难永久地粘在钛主体上。它们会在短时间内脱离或分离。对于电疗法，钛主体需要永久地与铂层粘结在一起，或至少在治疗期间粘结在一起。PVD工艺满足了这个要求。

为此，适当的镀层是用PVD工艺(物理蒸汽沉积)施加的铂镀层。有三种不同的技术。在优选实施例中，铂在真空室中汽化、离子化并加速，然后沉积在钛主体上。由于离子的高速，薄的铂层相对持久地粘附在钛主体上。

象雾化/稀有气体等离子技术这样的其他技术、离子束去除技术或这些技术的组合，比如等离子辅助金属化或离子注入，也可以用来镀铂。[Lit.：Rmpp，Chemie Lexikon，Thieme Verlag，9.erweiterte undneubear-beitete Auflage]

为了保证铂层的抗腐蚀性和对针电极足够持久的粘着性，铂层的厚度在0.1微米到3.0微米之间，优选的厚度是约1.0微米。钛主体的直径在0.1mm到1.0mm之间，优选的为0.5mm到0.8mm。令人奇怪的是，针电极的抗腐蚀性取决于钛主体直径与铂层厚度的比值。这个比值在1比0.00075和1比0.0025之间(钛主体的直径比铂层)。细的钛主体最好具有相对较厚的铂层以保证抗腐蚀性。

已经证明1比0.00125的比值是很合适的。

根据本发明的针电极适合于成像系统的显像，特别是核旋(共振)成像、计算机成像和超声成像。在治疗期间，肿瘤的成像和针电极是不可缺少的。把针电极通过皮肤和身体组织引入到肿瘤中。肿瘤组织和非肿瘤组织之间的界面必须清楚地可见，以防止破坏健康的细胞，并且必须可以看见针的准确位置。

针电极的优选长度在3到20cm之间，更优选地在6到14cm之间，这使得可以治疗皮肤次生肿瘤和软组织肿瘤。

本发明的另外一个优选实施例是覆盖有非导电绝缘聚合物层的针电极，特别是镀铂的钛针电极。在皮肤次生肿瘤之外的深层肿瘤的情况下，针电极经过皮肤刺入并到达肿瘤之中。经皮引入长度取决于肿瘤的位置。通常，沿着引入长度分布有健康细胞。当施加电压时，这个区域中的健康细胞受到刺激。

绝缘针电极不会伤害沿引入长度的健康组织。电压只施加在肿瘤上，这意味着仅在肿瘤中建立起具有破坏效果的电场。为此，设计为在尖部，或者在针电极端部的预定长度中不包覆绝缘层。该预定长度取决于针电极刺入肿瘤有多远。这又取决于肿瘤的大小。该预定长度直到针尖在这里总的定义为针尖区域。如果电极具有铂镀层或绝缘镀层，则铂镀层局限于针尖区域，在镀层之间有合理的重叠量。

传统的不锈钢针/插管不具有绝缘层，它们经常在刺入点留下烧伤印记。

为此，根据本发明的绝缘镀层还可以用于电疗或电化学治疗的其他医疗仪器，特别是，例如，血管动脉瘤的脉管内或血管内治疗中使用的闭塞圈(occlusion coil)的电解分离。为此目的优选的电极是医用钢绝缘镀层的不锈钢电极，但也可以使用镀铂的钛电极。

镀层的厚度取决于所使用的材料和处理，并且必须保证良好的附着性，电极在镀层区域必须安全地绝缘。

所使用的聚合物是聚对苯二甲撑N(parylene N)，优选的是聚对苯二甲撑D，更优选的是聚对苯二甲撑C。这些聚合物具有优异的介电属性，是理想的绝缘塑料。使单体聚合并利用CVD工艺(化学蒸汽沉积)沉积在针上。CVD方法基于Gorham工艺。

本发明的另一个实施例是PTFE(聚四氟乙烯)的绝缘涂层。优选在喷雾操作中施加这种涂层。

聚合物层的厚度在0.01mm和0.09mm之间，优选的在0.025mm和0.05mm之间。

这种绝缘涂层的优点是：干燥条件下更小的摩擦，电绝缘和非常薄而透明的涂层。

根据本发明，针电极设计为用于电化学治疗的套管。电化学治疗是直流疗法和化学疗法的组合。

另外，本发明涉及用于治疗的针电极的制造方法，其特征在于利用PVD工艺对钛针电极镀铂。

本发明的针电极用于电疗，尤其用于肿瘤的经皮直流疗法，其中针电极的钛主体利用PVD工艺镀有铂。

PVD工艺具体包括以下工艺步骤：

-铂金属在真空室中汽化和离子化

-加入反应气体(可选)

-施加电流

-使所形成的离子向钛主体加速并使其沉积在所述主体上

这个处理使钛主体理想地镀上了铂。加入反应气体帮助形成沉积在某些距离之外的钛主体上的实际金属层。

使用Gorham所述的沉积工艺，在针上施加了不导电的聚合物。为了沉积该涂层，从气相沉积聚对苯二甲撑聚合物(Gorham工艺)。首先在大约150℃温度下使固体二对亚二甲苯基二聚体(dimer di-para-xylylene)汽化。在大约680℃下该二聚物在两个亚甲基-亚甲基联结处等量地断裂，这导致形成稳定的单体对亚二甲苯基。接着，在沉积室中该单体在室温下在钛主体上聚合。

本发明的另一个实施例是PTFE(聚四氟乙烯)的绝缘涂层。优选在喷雾操作中施加这种涂层。

以下根据研究结果和附图对本发明进行详细描述。

示例1

与具有不同涂层的针电极的抗腐蚀和点蚀性能相关的测试

分别把两个针以相等的间距刺入到猪肝中并施加直流电，确定不同的镀金和镀铂ECT钛针的抗腐蚀和点蚀性能。进行不同时间的测试。

	镀层	层厚(微米)	电极间距(mm)	DC(mA)	时间(min:S)	钛主体直径
							1	Au	/	25	80	10	直径0.8mm
2	Pt	1微米	25	80	10	直径0.8mm
							3	Pt	1微米	25	80	20	直径0.5mm
4	Aurobond，回火+Pt	/	25	80	20	直径0.8mm
							5	flashgold	0.2微米	25	80	20	直径0.5mm

结论

该测试表明铂镀层(2和3)与金镀层不同，几乎不受腐蚀和点蚀的影响。金镀层在很短时间后即显示出了表面结构变化。

在更小的镀铂钛主体(直径0.5mm)的情况下，在20分钟后出现了微小的溶解。这通过增加层厚而有效地加以了考虑。

Claims (21)

1.用于治疗的针电极，其特征在于其具有由铂构成的镀层。

2.如权利要求1所述的针电极，其特征在于其具有镀铂的钛主体。

3.如权利要求2所述的针电极，其特征在于所述的铂镀层是PVD镀层。

4.如权利要求2或3所述的针电极，其特征在于所述铂镀层的厚度介于0.1微米和3.0微米之间。

5.如权利要求4所述的针电极，其特征在于所述钛主体的直径介于0.1mm和1.0mm之间。

6.如权利要求1或2所述的针电极，其特征在于所述针电极除针尖区域之外都镀有不导电的绝缘聚合物。

7.如权利要求6所述的针电极，其特征在于所使用的聚合物是聚对苯二甲撑N、聚对苯二甲撑D或聚对苯二甲撑C。

8.如权利要求6所述的针电极，其特征在于所述不导电绝缘聚合物由聚四氟乙烯(PTFE)构成。

9.如权利要求6所述的针电极，其特征在于所述聚合物的层厚介于0.001mm和0.09mm之间。

10.如权利要求1或2所述的针电极，其特征在于其设计为电化学疗法用的插管。

11.如权利要求1所述的针电极，其特征在于其主体由医用钢制成。

12.如权利要求1所述的针电极，其特征在于其长度为3至20cm。

13.如权利要求10所述的针电极，其特征在于所述针电极用于由成像处理而可见的肿瘤的经皮直流疗法。

14.用于治疗的针电极的制造方法，其特征在于利用PVD工艺对钛针电极镀铂。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述PVD工艺包括以下处理阶段：

在真空室中使铂金属汽化和离子化，

施加电流，

使所形成的离子向钛主体加速，并使其沉积在所述主体上。

16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于该电极除了电极尖部的区域之外都另外镀有不导电的聚合物。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所使用的聚合物是聚对苯二甲撑N、聚对苯二甲撑D、或聚对苯二甲撑C。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于利用Gorham沉积工艺施加所述不导电聚合物。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在喷雾操作中施加所述不导电的聚合物。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述不导电的聚合物所使用的材料是聚四氟乙烯(PTFE)。

21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述PVD工艺在所述施加电流的处理阶段之前还包括加入反应气体的处理阶段。