CN103083808B - 起搏器电极线及起搏器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种起搏器电极线，包括至少一导线，所述导线包括一导电线芯以及缠绕在该导电线芯表面的碳纳米管线，所述碳纳米管线包括通过范德华力首尾相连的多个碳纳米管。此外，本发明还涉及一种包含上述起搏器电极线的起搏器。

Description

起搏器电极线及起搏器

技术领域

本发明涉及一种起搏器电极线以及使用该电极线的起搏器，尤其涉及一种基于碳纳米管线的起搏器电极线以及起搏器。

背景技术

起搏器一般是指一种可以植入于生物体内的电子治疗仪器。起搏器的基本结构包括电池、脉冲器和电极线。该脉冲器用于发出脉冲电流，该脉冲电流通过植入心脏、血管等人体组织的电极线传导并刺激发病器官，从而起到治疗发病器官如心脏因跳动异常而引起的某些功能障碍的目的。

所述电极线包括连接结构、导线以及电极头，该连接结构设置于所述导线的一端，且与该导线电连接，所述电极头设置于所述导线的另一端，且与该导线电连接，该导线通过连接结构电连接至所述脉冲器。因此，该脉冲器发出的脉冲电流可以通过所述导线传导到所述电极头，由于该电极头与所述发病器官及组织接触，所以，该脉冲电流经过电极头到达特定区域后释放，用于刺激标的细胞。

现有技术中电极线的导电芯一般仅由金属或合金材料构成，由于导线的导电芯很细，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，使得所述起搏器的电极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电极线受损或断裂，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好机械强度以及韧性的起搏器电极线以及使用该电极线的起搏器。

一种起搏器电极线，包括至少一导线，所述导线包括一导电线芯以及缠绕在该导电线芯表面的碳纳米管线，所述碳纳米管线包括通过范德华力首尾相连的多个碳纳米管。

一种起搏器，包括：一脉冲器以及一电极线，该脉冲器与该电极线电连接，包括至少一导线，所述导线包括一导电线芯以及缠绕在该导电线芯表面的碳纳米管线，所述碳纳米管线包括通过范德华力首尾相连的多个碳纳米管。

相较于现有技术，本发明提供的起搏器电极线为碳纳米管线与导电线芯的复合材料制成，由于该碳纳米管线本身良好的韧性以及机械强度，因此，该复合材料制成的电极线在较小的直径下，仍可保持较好的柔韧性以及机械强度，从而可提高电极线的使用寿命，进而提高使用该起搏器的起搏器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的起搏器的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的起搏器导线的结构示意图。

图3为本发明第一实施例采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图4为本发明第一实施例采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图5为本发明第一实施例提供的部分缠绕的碳纳米管线形成的导线的结构示意图。

图6为本发明第一实施例提供的线形的导线结构示意图。

图7为本发明第一实施例提供的螺旋形的导线结构示意图。

图8为本发明第一实施例提供的导线的阶梯剖面示意图。

图9为本发明第一实施例提供的具有连接结构以及固定装置的起搏器结构示意图。

图10为本发明第二实施例提供的起搏器的结构示意图。

图11为本发明第二实施例提供的起搏器电极头的结构示意图。

主要元件符号说明

起搏器	100，200
		脉冲器	10
电极线	20
		导线	22
近端	22a
		远端	22b
电极头	24
		连接结构	26
固定装置	28
		导电芯线	222
碳纳米管线	224
		绝缘层	226
屏蔽层	228
		包覆层	229
固定环	282
		固定翼	284

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

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种起搏器100，包括：一脉冲器10以及一电极线20，所述脉冲器10与所述电极线20电连接。所述脉冲器10用于产生一脉冲电信号，该脉冲电信号通过所述电极线传输，并为生物器官提供脉冲刺激。

所述脉冲器10可包括一壳体，一电源装置以及一控制电路（图未示）。所述电源装置以及所述控制电路封装于该壳体的内部。所述电源装置用于给该控制电路提供电力。该电源装置可采用各种化学电池，如锂电池或燃料电池等，或者可采用物理动力电池。本发明实施例中所述电源装置为一锂-碘电池。该控制电路可包括输出电路以及感应电路，所述输出电路用于产生脉冲电信号，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输出电路从而调整该输出电路输出合适的脉冲电信号。所述生物器官可为生物体的心脏、大脑或肠胃等。本发明实施例中该生物器官为人体心脏。该脉冲电信号可为一矩形脉冲电流，该脉冲电流的脉冲宽度可为0.5ms~0.6ms。该脉冲电流可通过所述控制电路中的电容器充放电实施。所述壳体用于防止所述电源装置以及控制电路以及生物体之间的相互影响。该壳体的材料可为具有生物兼容性、耐腐蚀且不易变形的金属或合金材料。本发明第一实施例中，所述壳体的材料为钛金属。

请一并参阅图2，所述电极线20包括至少一导线22。该导线22具有延伸方向上相对的两端，其中一端定义为近端22a，另一端定义为远端22b，所述近端22a与所述脉冲器10电连接，所述远端22b与生物器官需要接受电信号刺激的部位直接接触。

所述导线22包括一导电线芯222以及螺旋缠绕在该导电线芯222表面的碳纳米管线224。

所述导电线芯222用于支撑所述碳纳米管线224，该导电线芯222具有一定的韧性及机械强度。该导线线芯222可为一圆筒状的中空结构或柱状实心结构。该导电线芯222的材料为导电材料，例如，可为金属，如MP35N、35NLT、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。该导电线芯222也可以为金属与其他导电材料的复合材料，如金属与碳纤维的复合材料。本发明第一实施例中所述导电线芯222为铂。

所述碳纳米管线224可为多个碳纳米管组成的非扭转的碳纳米管线、扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线与非扭转的碳纳米管的组合。

请参见图3，所述非扭转的碳纳米管线是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该非扭转的碳纳米管线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该非扭转的碳纳米管线的延伸方向。进一步地，所述非扭转的碳纳米管线中大多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述非扭转的碳纳米管线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，所述非扭转的碳纳米管线中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对所述非扭转的碳纳米管线中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑主要通过该非扭转的碳纳米管线中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。所述非扭转的的碳纳米管线的直径为0.5纳米~100微米。

具体地，所述非扭转的碳纳米管线包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。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日公开的第CN100500556C号中国大陆公开专利申请。请参阅图4，所述扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。该扭转的碳纳米管线可由所述非扭转的碳纳米管线在相对的两端沿相反方向扭转而形成。

进一步地，可采用一有机溶剂处理该非扭转的或扭转的碳纳米管线。在有机溶剂表面张力的作用下，处理后的非扭转或扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使该碳纳米管线的比表面积减小，粘性降低，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。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，本发明第一实施例中采用乙醇。所述碳纳米管线224优选为一纯碳纳米管结构。所述纯碳纳米管结构指的是该碳纳米管线224仅由碳纳米管组成，该碳纳米管未经任何化学修饰或功能化处理。

所述碳纳米管线224可为一条或多条。当所述碳纳米管线224为多条时，可将该多条碳纳米管线224并排成束状结构，或将该多条碳纳米管线224相互扭转形成一绞线结构，通过将多条所述碳纳米管线224相互扭转可进一步提高所述碳纳米管线224的机械强度。

所述碳纳米管线224以所述导电线芯222为轴线螺旋缠绕于所述导电线芯222表面，从而形成一复合导电芯。该碳纳米管线224可螺旋缠绕于所述导电线芯222的整个表面。具体地，该碳纳米管线224可从所述导线22的近端22a螺旋延伸到所述导线22的远端22b，同时所述导电线芯222从所述导线22的近端22a延伸到所述导线22的远端22b。即所述螺旋的碳纳米管线224在所述导电线芯222的轴向方向的长度基本等于所述导电线芯222在延伸方向上的长度。此外，所述螺旋的碳纳米管线224在所述导电线芯222的轴向方向的长度可大于所述导电线芯222在延伸方向上的长度，所述碳纳米管线224可在所述导线22的远端22b相对于所述导电线芯222突出，从而可使所述碳纳米管线224在远端22b可与生物器官需要接受刺激的部位直接接触。由于碳纳米管线224在远端22b具有较大的比表面积，可提高该电极线20的感测面积，从而可提高该起搏器100的感测灵敏度。

由于所述碳纳米管线224本身具有粘性，因此无需粘结剂即可直接将该碳纳米管线224螺旋粘附于所述导电线芯222的整个表面。所述螺旋缠绕后的碳纳米管线224的螺距可为0毫米至5毫米。该螺距可从所述近端22a到远端22b逐渐增大。当患者人体因病异常活动如异常激烈痉挛时，即使所述导电线芯222受损或断裂，所述碳纳米管线224由于具有较好的柔韧性较难损坏，且逐渐增大的螺距可缓冲所述导线22在拉伸或弯折时的弹力，从而可降低对人体器官的损伤。

请参阅图5，所述碳纳米管线224也可部分螺旋缠绕于所述导电线芯222的表面。如所述碳纳米管线224可在所述近端22a以及远端22b中的至少一端基本平行于所述导电线芯222的轴向直接粘附，且所述碳纳米管线224在该导电线芯222近端22a以及远端22b中间的部分螺旋缠绕。此时，所述碳纳米管线224中的碳纳米管在近端22a以及远端22b中的至少一端沿平行于所述导电线芯222的轴向延伸。本发明第一实施例中，所述碳纳米管线224在所述近端22a以及远端22b均平行于所述导电线芯222的轴向直接粘附。同样地，在所述导线22的远端22b，所述碳纳米管线224可相对于所述导电线芯222突出。即只需保证所述碳纳米管线224从该导线22的近端22a延伸到远端22b。所述导线22在近端22a中的碳纳米管基本沿轴向与所述脉冲器10电连接，且所述导线22在远端22b中的碳纳米管基本沿轴向与所述生物器官需要接受电信号刺激的部位直接接触，从而可利用碳纳米管在轴向具有较好的导电性提高所述电极线20的电信号传输效率，进而提高该起搏器100的刺激效率。远端22b的碳纳米管线224可由多个碳纳米管组成，该碳纳米管线224在远端22b具有较大的比表面积，进而该导线22在远端22b具有较大的感测面积，从而可提高该起搏器100的感测灵敏度。

所述缠绕于该导电线芯222表面的碳纳米管线224可提高整个导线22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，该导电线芯222在拉力的方向被拉伸，由于所述碳纳米管线224与所述导电线芯222之间存在摩擦力，该摩擦力有阻止该导电线芯222被拉断的作用。此外，即使当所述导电线芯222发生断裂时，由于所述碳纳米管线224具有较高的强度而不会发生断裂，且碳纳米管线224本身仍具有良好的导电性，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。

请参阅图6，所述导线22整体可为线形结构，该线形导线22可为实心或空心结构。请参阅图7，所述导线22也可为螺旋弯曲设置成弹簧状中空的螺旋形结构。所述螺旋形导线22可使所述电极线20保持一定的弹性，从而可提高该电极线20的使用寿命。该螺旋形导线22可将所述线形的导线22螺旋化处理形成。具体地，可将该线形导线螺旋缠绕于螺旋缠绕于一直线状支撑体，最后将该支撑体移除即可获得所述螺旋形的导线22。本发明第一实施例中所述导线22为螺旋形结构。该螺旋形导线22形成的线圈直径可为2毫米至6毫米。本发明第一实施例中，所述螺旋形导线22的形成的线圈直径为5毫米。该螺旋形导线22的螺距可为0毫米至10毫米。该螺旋形导线22也可在所述远端22b具有不同的螺距，本发明第一实施例中，所述螺旋形导线22从近端22a到远端22b之间的螺距逐渐增大。所述螺距逐渐增大可缓冲所述导线22的弹性收缩，防止该导线22在非正常情况（如痉挛）下对心脏造成损伤。所述近端22a的螺距为0毫米至3毫米，所述远端22b的螺距为5毫米至8毫米。

请参阅图8，所述导线22可进一步包括一绝缘层226包覆于所述复合导电芯表面，且保证所述导线22在所述远端22b裸露。所述绝缘层226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。本发明第一实施例中所述绝缘层226的材料为硅胶。所述绝缘层226的厚度为1微米至50微米。所述裸露的远端22b作为刺激触点与所述心脏直接接触，从而将所述脉冲器10提供的脉冲信号传递到心脏。本发明实施例所述起搏器100利用该所述缠绕有碳纳米管线224的导电线芯222的复合材料制成的远端22b作为刺激触点，由于由多个碳纳米管组成的碳纳米管线224具有较大的比表面积，从而该起搏器100在工作过程中可获得较大的感测面积，从而可提高该起搏器100的感测灵敏度以及感测效率。

所述导线22可进一步包括一屏蔽层228包覆在所述绝缘层226的外表面。该屏蔽层228由一导电材料制成，用于屏蔽外部电磁干扰或外部信号干扰，从而使所述复合导电芯可以较好的传导脉冲信号。该屏蔽层228可为一连续的膜状结构或编织的网状结构。该屏蔽层228的材料可为金属、含碳材料或其复合材料，所述含碳材料可为碳纤维、石墨烯或碳纳米管等。

所述导线22可进一步包括一包覆层229包覆在所述屏蔽层228的外表面。该包覆层229用于保护所述导线22。该包覆层229的材料可与所述绝缘层226的材料相同，本发明第一实施例中所述包覆层229的材料为硅胶。该包覆层229表面可涂覆有生物涂层。该生物涂层一方面可增强该电极线20的生物兼容性，另一方面可起到杀菌消毒等作用。该生物涂层的材料可为氧化锆或氮化锆等。

请参阅图9，本发明第一实施例所述起搏器100可进一步包括一连接结构26以及一固定装置28。所述连接结构26用于将所述导线22的近端22a固定于所述脉冲器10，并与所述脉冲器10电连接。所述连接结构22可包括至少一个导电触头（图未示）。该导电触头与所述脉冲器10内的控制电路形成电连接。所述导线22的近端22a与所述连接结构26中的导电触头电连接，从而使该导线22与所述脉冲器10中的控制电路电连接，用于传输脉冲器10提供的脉冲信号。该连接结构26的材料可与所述脉冲器10的壳体的材料相同，本发明第一实施例中该连接结构26的材料为钛。所述固定装置28包括一固定环282以及多个固定翼284，其材料可为聚氨酯（polyurethane）或高纯硅橡胶等具有生物兼容性的高分子材料。所述固定环282为一圆筒状结构。所述固定翼284为由该固定环282的外表面向远离固定环282的中心轴方向延伸的棒状结构，其轴向与固定环282中心轴的夹角为30o至60o，且其延伸方向为背离固定装置28所在的电极线20一端，从而形成倒钩结构。所述固定装置28通过所述固定环282将所述电极线20的远端22b固定于生物器官需要接受电信号刺激的部位，防止该电极线20从生物器官中滑动或脱落。所述固定装置28的结构不限于此，也可以为凸缘状结构或螺旋状结构，只要是所述电极线20植入人体后，固定装置28被生物器官中的纤维组织包绕，从而进一步牢固的固定所述起搏器电极线20，防止该搏器电极线20从所述生物器官及组织内滑动、脱落即可。

可以理解，所述连接结构26以及固定装置28并非必要结构，所述导线22在所述近端22a可直接与所述壳体内的控制电路电连接。当该电极线20植入人体心脏一段时间后，与心脏接触的所述导线22的远端22b会被纤维组织等包绕从而使该电极线20的远端22b固定于心脏中。

本发明第一实施例提供的起搏器100在使用时，所述电源装置的正极与所述脉冲器的壳体电连接，所述电源装置的负极与所述控制电路电连接，脉冲器10产生脉冲信号，所述控制电路将所述脉冲信号经过所述导线22传导到所述导线22的远端22b，然后该与心脏直接接触的远端22b将脉冲信号作用于直接接触的心脏，从而达到刺激心脏的目的。通过检测提供刺激的远端22b与所述脉冲器壳体之间的电势差感测心脏跳动的频率，并将该电势差反馈到所述控制电路中，进而调整提供刺激的脉冲信号，以使心脏的跳动恢复正常。根据病情需求，也可同时使用多条起搏器电极线20，每条起搏器电极线10分别刺激不同的位置。

所述非扭转及扭转的碳纳米管线由于是由多个碳纳米管首尾相连且紧密排列形成，从而该碳纳米管线具有较好的韧性和机械强度。由于将该碳纳米管线224螺旋缠绕于所述导电线芯222外表面，所以，当该电极线20受到拉伸时，所述碳纳米管线224中的碳纳米管与所述导电线芯222之间产生一摩擦力，该摩擦阻力有阻止该导电线芯222被拉断的作用。即，在相同拉力的情况下，所述电极线20不容易被拉断。因此，提高了所述电极线的强度和韧性。从而提高了该电极线20以及使用该电极线20的起搏器100的使用寿命。此外，该包含所述碳纳米管线的导线在作为刺激触点的远端具有较大的比表面积，从而使该使用该电极线的起搏器具有较好的感测灵敏度以及感测效率。

请一并参阅图10以及图11，本发明第二实施例提供一种起搏器200，本实施例的起搏器200与第一实施例提供的起搏器100的结构基本相同，其不同在于电极线20进一步包括一电极头24，该电极头24的一端与所述导线22的远端22b电连接，相对的另一端作为刺激触点与心脏接触。该电极头24通过所述固定装置28保护所述电极头24与所述导线22远端22b的电连接处。当所述电极线20包括电极头24时，所述导线22仅起到传到脉冲信号的作用。因此，所述导线22的绝缘层226包覆于所述复合导电芯的整个表面，不再需要使所导线22的远端22b裸露。该电极头24可与所述导线22的远端22b焊接成一体。该电极头24可为圆柱状，螺旋状或环状。本发明实施例中，该电极头24为螺旋状。该电极头24的长度可为0.5毫米至2毫米。该电极头24的材料可与所述复合导电芯或所述导电线芯222的材料相同。该电极头24与心脏接触的表面可涂覆一具生物兼容性的多孔材料。该多孔材料可增加所述电极头24的感测面积，以提高所述起搏器100的感测灵敏度以及感测效率。

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 (10)

1.一种起搏器电极线，包括至少一导线，其特征在于，所述导线包括一导电线芯以及螺旋缠绕在该导电线芯表面的碳纳米管线，该碳纳米管线与所述导电线芯表面直接接触，所述碳纳米管线包括通过范德华力首尾相连的多个碳纳米管，所述导电线芯的材料为金属或金属与导电材料的复合材料。

2.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述碳纳米管线部分螺旋缠绕于所述导电线芯的表面，其中，在该导电线芯的相对的两端表面的碳纳米管线中的碳纳米管的延伸方向平行于该导电线芯的轴向。

3.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述螺旋缠绕后的碳纳米管线的螺距为0毫米至5毫米。

4.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述导线整体为螺旋状，所述螺旋状导线形成的线圈直径为2毫米至6毫米。

5.如权利要求4所述的起搏器电极线，其特征在于，所述导线从一端到另一端螺距逐渐增大。

6.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述碳纳米管线与所述导电线芯之间仅由范德华力相互结合。

7.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述导线进一步包括一绝缘层，一屏蔽层以及一包覆层，所述绝缘层设置于该导线的外表面，且使该导线的一个末端裸露，所述屏蔽层包覆于该绝缘层的外表面，所述包覆层包覆于所述屏蔽层的外表面。

8.如权利要求7所述的起搏器电极线，其特征在于，所述电极线进一步包括一电极头，该电极头的一端与所述导线裸露的末端电连接。

9.如权利要求8所述的起搏器电极线，其特征在于，所述电极头表面设置有一多孔结构。

10.一种起搏器，包括一脉冲器以及如权利要求1所述的起搏器电极线，所述脉冲器与所述起搏器电极线电连接。