CN103093860B - 起搏器电极线及起搏器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种起搏器电极线，其包括：一金属导电芯以及一碳纳米管膜，该碳纳米管膜与所述金属导电芯绝缘设置，所述电极线一末端具有一裸露部，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管的延伸方向与所述金属导电芯的延伸方向一致。另外，本发明还涉及一种使用所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一起搏器，尤其涉及一种包括碳纳米管的起搏器电极线及起搏器。

背景技术

现有技术中的起搏器一般是指一种可以植入于体内的电子治疗仪器。起搏器的基本结构一般包括脉冲器和电极线，该电极线与所述脉冲器电连接。该起搏器应用脉冲器发出的脉冲电流，该脉冲电流通过植入心脏、血管等人体组织的电极线刺激发病器官，从而起到治疗发病器官因电信号失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，该电极头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电极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由金属或合金材料构成，所以，该电极线的机械强度及韧性不够，在人体运动或某个动作下，所述起搏器的电极线会受到拉伸或弯折，长时间使用会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。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种强度高、韧性高、使用寿命长的起搏器电极线以及使用该起搏器电极线的起搏器。

一种起搏器电极线，该起搏器电极线包括：一金属导电芯以及一碳纳米管膜，该碳纳米管膜与所述金属导电芯绝缘设置，所述电极线一末端具有一裸露部，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管的延伸方向与所述金属导电芯的延伸方向一致。

一种起搏器，其包括：一脉冲器以及如上所述的电极线。

本发明提供的起搏器电极线以及使用该起搏器电极线的起搏器具有以下优点：首先，所述金属导电芯外表面包覆有碳纳米管膜，该碳纳米管膜具有较高的强度和韧性，所以，可以提高所述起搏器电极线的强度和韧性，从而增加该起搏器电极线和起搏器的使用寿命。

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中起搏器电极线的阶梯剖的结构示意图。

图3为本发明第一实施例提供的起搏器电极线所采用的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图4为从一碳纳米管阵列中拉取如图3所示的碳纳米管膜的过程示意图。

图5为本发明第二实施例提供的起搏器的结构示意图。

图6为本发明第二实施例提供的起搏器中起搏器电极线的阶梯剖的结构示意图。

主要元件符号说明

起搏器	100、200
		脉冲器	10
电极线	20、60
		连接结构	30
裸露部	40
		金属导电芯	21
第一绝缘层	22
		屏蔽层	23
第二绝缘层	24
		碳纳米管膜	25
包覆层	26
		固定件	50
固定环	51
		固定翼	52
电极头	70

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

请参照图1，本发明第一实施例提供一种起搏器100。所述起搏器100包括：一脉冲器10以及一电极线20，该电极线20的其中一个末端设置有连接结构30，另一个末端具有一裸露部40，该电极线20通过所述连接结构30与所述脉冲器10电连接，所述脉冲发生器10发出的脉冲电流通过所述电极线20作用于人体。

所述脉冲发生器10包括外壳、电源、电脉冲发生电路、控制电路、接口等。所述电源、电脉冲发生电路、控制电路等封装于所述壳体12的内部。所述壳体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，该外壳材料为钛金属，用于保护其内部结构。所述电源用于为脉冲发生器提供动力，电脉冲发生电路用于产生脉冲电流，控制电路用于控制所述电脉冲发生电路以产生不同的脉冲电流，所述接口用于与所述连接结构30电连接。脉冲发生器产生的脉冲电流藉由电极线20传递到特定区域后释放，用于刺激标的细胞，例如脑部细胞或是心脏肌肉细胞。

请一并参阅图2，所述电极线20包括一金属导电芯21、一包覆在该金属导电芯21的外表面的第一绝缘层22、一包覆在该第一绝缘层22的外表面的屏蔽层23，一包覆在该屏蔽层23的外表面的第二绝缘层24，一包覆在该第二绝缘层24的外表面的碳纳米管膜25，以及一设置在该碳纳米管膜25的外表面的包覆层26。该一部分碳纳米管膜25从所述包覆层26中裸露出来，即，该一部分碳纳米管膜25没有被所述包覆层26包覆。所述碳纳米管膜25包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管的延伸方向与所述金属导电芯21的轴向基本平行。

当然，所述电极线20也可以进一步包括一感测电极（图未示），该感测电极套设于从所述包覆层26中裸露出的碳纳米管膜25，并与该碳纳米管膜25电连接。

在所述电极线20的另一个末端具有裸露部40，该裸露部40为所述金属导电芯21从第一绝缘层22至包覆层26中暴露出来的部分，裸露部40的长度可为0.5毫米至2毫米，形状为螺旋状，该裸露部40作为起搏器电极线20的电极头，该电极头与人体细胞接触，将脉冲发生器10产生的脉冲电流传递到人体细胞。该裸露部40可以拧入所述发病器官及组织，将所述电极线20牢固地固定在所述发病器官及组织，防止该电极线20从所述发病器官及组织内滑动、脱落。

所述金属导电芯21为中空的螺旋形结构。所述金属导电芯21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。该中空的螺旋形结构可将所述线形的金属导电芯螺旋化处理形成。具体地，可将线形金属导电芯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中空的螺旋形的金属导电芯21。该螺旋形金属导电芯21形成的线圈直径可为4毫米至6毫米。优选地，所述螺旋形金属导电芯21形成的线圈直径为5毫米。该螺旋形金属导电芯21的螺距可为0毫米至10毫米。本实施例中，所述螺距优选为0毫米。

另外，所述金属导电芯21也可以为线形结构，也可以为实心或空心结构。

所述金属导电芯21的材料例如，可以为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。该金属导电芯21的材料不限于此，只要是能够导电的金属材料即可。在本实施例中，该金属导电芯21的材料为铂。

所述第一绝缘层22、第二绝缘层24的材料例如，可以为硅胶、聚亚胺酯、聚四氟乙烯、硅橡胶-聚亚胺酯共聚物，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、泡沫聚乙烯组合物或纳米粘土－高分子复合材料，该高分子材料可以选用硅树脂、聚酰胺、聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯等，该第一绝缘层22和第二绝缘层24的材料不限于此，只要是能起到电绝缘的作用即可。在本实施例中，该第一绝缘层22和第二绝缘层24的材料优选为泡沫聚乙烯组合物。

所述屏蔽层23用于屏蔽外部电磁干扰或外部信号干扰，所述第一蔽层23的材料为金属材料或碳纳米管等导电材料。在本实施例中，所述屏蔽层23由铜构成。

请参阅图3，所述碳纳米管膜25为从一碳纳米管阵列中直接拉取获得。所述碳纳米管膜由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管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。所述自支撑为碳纳米管膜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膜状状态，即将该碳纳米管膜置于（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膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜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。

具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。

具体地，所述碳纳米管膜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。该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。

请一并参阅图4，所述碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：

提供一碳纳米管阵列。所述碳纳米管阵列形成于一基底。该碳纳米管阵列由多个碳纳米管组成。该多个碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述碳纳米管的直径为0.5~50纳米，长度为50纳米~5毫米。该碳纳米管的长度优选为100微米~900微米。本实施例中，该多个碳纳米管为多壁碳纳米管，且该多个碳纳米管基本上相互平行且垂直于所述基底，该碳纳米管阵列不含杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。所述碳纳米管阵列的制备方法不限，可参见中国大陆专利申请公开第02134760.3号。优选地，该碳纳米管阵列为超顺排碳纳米管阵列。

采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该碳纳米管阵列以选定具有一定宽度的一碳纳米管片段；以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，该拉取方向沿基本垂直于碳纳米管阵列的生长方向。从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管膜。在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片断在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其他碳纳米管片断首尾相连连续地被拉出，从而形成一碳纳米管膜。该碳纳米管膜为定向排列的多个碳纳米管束首尾相连形成的具有一定宽度的碳纳米管膜。该碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向基本平行于该碳纳米管膜的拉伸方向。

下面提供将所述碳纳米管膜包覆在所述第二绝缘层24的外表面的方法。首先，提供一从碳纳米管阵列中拉伸形成的碳纳米管膜，将该碳纳米管膜的一端粘附于所述金属导电芯21的第二绝缘层24的外表面，使所述碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向基本平行于所述金属导电芯21的轴向。然后，旋转所述金属导电芯21或所述碳纳米管膜，使所述碳纳米管膜包覆在所述金属导电芯21的第二绝缘层24的外表面。其中，所述碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向基本平行于所述金属导电芯21的轴向，由于所述碳纳米管膜的比表面积较大，所以该碳纳米管膜可以凭借范德华力粘附于所述金属导电芯21的第二绝缘层24的外表面。优选，为了使所述碳纳米管膜能更加牢固地包覆于所述金属导电芯21的第二绝缘层24的外表面，可以在所述金属导电芯21的第二绝缘层24的外表面涂布一层粘结剂，然后再按照上述方法将碳纳米管膜粘附于所述金属导电芯21的第二绝缘层24的外表面。

所述包覆层26为具有生物兼容性的高分子材料，如聚氨酯（polyurethane）、高纯硅橡胶等。在本实施例中，所述包覆层26由聚氨酯构成。

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，并使起搏器电极线20的电极头与待治疗区域的细胞接触，启动起搏器脉冲发生器10，电极线20将脉冲发生器10产生的脉冲电流传导到起搏器电极线20的电极头，然后该电极头将脉冲电流传递到治疗区域的细胞，达到刺激细胞的目的。因此，该电极线20可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。所述裸露部分的碳纳米管膜即为感测电极，通过测量该感测电极和所述电极头之间的电位差，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10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。

由于碳纳米管具有较好的机械强度及韧性，所以，由碳纳米管组成的碳纳米管膜25也具有较优的机械强度及韧性。由于所述碳纳米管膜25包覆于所述金属导电芯21的外表面，所以，当该电极线20受到拉伸时，所述碳纳米管膜25中的碳纳米管与金属导电芯21之间产生一摩擦力，该摩擦力有阻止该金属导电芯21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20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的起搏器的使用寿命。

并且，所述电极线20中碳纳米管膜25的碳纳米管沿同一方向择优取向排列，该碳纳米管的延伸方向与所述金属导电芯21的轴向基本平行，且所述碳纳米管的轴向即延伸方向具有较优的导电性，所以，该电极线20充分利用了碳纳米管轴向导电性较优的以及导电路径较短的特性，从而提高了电极线20的导电性，进而可以提高所述起搏器100的灵敏度以及效率。

请一并参阅图5及图6，本发明第二实施例提供一种起搏器200。所述起搏器200包括：一脉冲器10以及一电极线60，该电极线60的其中一个末端设置有连接结构30，另一个末端具有一裸露部，该电极线60通过所述连接结构30与所述脉冲器10电连接，所述脉冲发生器10发出的脉冲电流通过所述电极线60作用于人体。

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60的结构。

所述电极线60包括一金属导电芯21、一包覆在该金属导电芯21的外表面的第一绝缘层22、一包覆在该第一绝缘层22的外表面的碳纳米管膜25，一包覆在该碳纳米管膜25的外表面的第二绝缘层24，一设置在该第二绝缘层24的外表面的屏蔽层23，一设置在该屏蔽层23的外表面的包覆层26，以及一电极头70，该电极头70固定于所述裸露部，并与该裸露部电连接，即与所述金属导电芯21电连接。并且，一部分碳纳米管膜25从所述第二绝缘层24、屏蔽层23和包覆层26中裸露出来，即，该一部分碳纳米管膜25没有被所述第二绝缘层24、屏蔽层23和包覆层26包覆。所述碳纳米管膜25包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管的延伸方向与所述金属导电芯21的轴向基本平行。

当然，所述电极线60也可以进一步包括一感测电极（图未示），该感测电极套设于从所述第二绝缘层24、屏蔽层23和包覆层26中裸露出的碳纳米管膜25，并与该碳纳米管膜25电连接。

所述电极头70的材料可以选自导电性良好的金属材料或合金材料。本实施例中，所述电极头70的材料为一铂-铱合金。此外，在该电极头70的表面还形成有一涂层。该涂层一般为一具有生物相容性的多孔材料。该涂层可以使所述电极头70与生物器官的生物兼容性增加并增加所述电极头70与生物器官接触的面积。该涂层的材料可以为活性炭、碳纤维、碳纳米管、铂-铱或钛氮化合物等。本实施例中，该涂层的材料为活性炭。

该电极头70用于将所述脉冲器10产生的脉冲电流传导到发病器官及组织，并起到刺激发病器官及组织，从而起到治疗发病器官因电信号失常而引起的某些功能障碍的目的。

所述起搏器电极线60进一步包括一固定件50，该固定件50套设于所述电极线60靠近电极头70的一端，该固定件50包括一固定环51及多个固定翼52，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51为一圆筒状结构，所述固定翼52为由该固定环51的外表面向远离固定环51的中心轴方向延伸的棒状结构，其轴向与固定环51中心轴的夹角为30o至60o，且其延伸方向为背离固定件50所在的电极线60一端，从而形成倒钩结构。所述固定件50植入人体后，固定翼52被人体纤维组织包绕，从而进一步牢固的固定所述起搏器电极线60，防止该搏器电极线60从所述发病器官及组织内滑动、脱落。所述固定件50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60植入人体后，固定件50被人体纤维组织包绕，从而进一步牢固的固定所述起搏器电极线60，防止该搏器电极线60从所述发病器官及组织内滑动、脱落即可。

本实施例中凡与第一实施例中标号相同的元件，其材料和结构均与第一实施例中对应元件的材料、结构相同。

本发明实施例提供的起搏器电极线以及使用该起搏器电极线的起搏器具有以下优点：首先，所述金属导电芯外表面包覆有碳纳米管膜，该碳纳米管膜可以提高所述起搏器电极线的强度和韧性，因此可以增加该起搏器电极线和起搏器的使用寿命。其次，所述电极线中碳纳米管膜的碳纳米管沿同一方向择优取向排列，该碳纳米管的延伸方向与所述金属导电芯的延伸方向一致，且所述碳纳米管的轴向即延伸方向具有较优的导电性，所以，该电极线充分利用了碳纳米管轴向导电性较优的以及导电路径较短的特性，从而提高了电极线的导电性，进而可以提高所述起搏器的灵敏度以及效率。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种起搏器电极线，其特征在于，该起搏器电极线包括：一金属导电芯、一碳纳米管膜以及一感测电极，该碳纳米管膜与所述金属导电芯绝缘设置，所述感测电极与所述碳纳米管膜电连接，所述电极线一末端具有一裸露部，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管的延伸方向与所述金属导电芯的延伸方向一致。

2.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述裸露部为螺旋状。

3.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，进一步包括一电极头，该电极头电连接于所述裸露部。

4.如权利要求3所述的起搏器电极线，其特征在于，进一步包括一固定件，该固定件套设于所述电极线靠近电极头的一端。

5.如权利要求4所述的起搏器电极线，其特征在于，所述固定件包括一固定环及多个固定翼，该多个固定翼为由所述固定环的外表面向远离固定环的中心轴方向延伸的棒状结构，其轴向与固定环中心轴的夹角为30°至60°。

6.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述碳纳米管膜通过范德华力与所述金属导电芯绝缘设置。

7.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述碳纳米管膜通过粘结剂与所述金属导电芯绝缘设置。

8.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述碳纳米管膜中每一碳纳米管与在轴向延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。

9.如权利要求1所述的起搏器电极线，其特征在于，所述碳纳米管中每一碳纳米管与径向方向上相邻的碳纳米管之间通过范德华力紧密相连。

10.如权利要求1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第一绝缘层、一第一屏蔽层、一第二绝缘层以及一包覆层，所述第一绝缘层包覆在所述金属导电芯外表面，第一屏蔽层包覆在所述第一绝缘层外表面，所述第二绝缘层包覆在所述第一屏蔽层外表面，所述碳纳米管膜包覆在所述第二绝缘层的外表面，所述包覆层设置在所述碳纳米管膜的外表面，且一部分碳纳米管膜从所述包覆层中裸露。

11.如权利要求10所述的起搏器电极线，其特征在于，所述感测电极套设于从所述包覆层中裸露出的碳纳米管膜，且与该碳纳米管膜电连接。

12.如权利要求1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第一绝缘层、一第二绝缘层、一屏蔽层以及一包覆层，所述第一绝缘层包覆在所述金属导电芯外表面，所述碳纳米管膜包覆在所述第一绝缘层外表面，第二绝缘层包覆在所述碳纳米管膜的外表面，所述屏蔽层包覆在所述第二绝缘层外表面，所述包覆层设置在所述屏蔽层外表面，且一部分碳纳米管膜从所述第二绝缘层、屏蔽层以及包覆层中裸露。

13.如权利要求12所述的起搏器电极线，其特征在于，所述感测电极套设于从所述第二绝缘层、屏蔽层以及包覆层中裸露出的碳纳米管膜，且与该碳纳米管膜电连接。

14.一种起搏器，其特征在于，该起搏器包括：一脉冲器以及如权利要求1至10项任意一项所述的起搏器电极线。