CN103338812A - 用于生物医疗植入物和电极的表面涂层 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种可植入装置，其所基于的植入物具有透明度有限的聚合物材料的带纹理的外表面。光滑的外部聚合物涂层覆盖所述带纹理的外表面并与其交联，形成比所述植入物的聚合物材料透明度更高的覆层植入物。

Description

用于生物医疗植入物和电极的表面涂层

本申请要求2010年12月2日提交的美国临时专利申请61/419,061的优先权，所述临时申请在此引为参考。

技术领域

本发明涉及可植入生物医疗装置，具体来说涉及这样的装置及其电极上的表面涂层。

背景技术

可植入生物医疗装置例如植入物电极和电假体可以被植入到体内，以提供对内部器官和组织的电刺激。例如，耳蜗内电极通过对电极触点附近的神经组织进行直接电刺激来恢复一些听觉。随着越来越多具有显著并且可使用的残留听力的患者进行耳蜗植入物植入，使用创伤最小的电极变得重要。此外，装置可能在对象非常年轻时植入所述对象，并且在一生中可能需要重新植入几次。耳蜗植入物的每次连续插入可能引起螺旋神经节细胞少量创伤。对螺旋神经节细胞的创伤是累积性的，并且在现有技术状态下不能被解除。

为了减少对器官或组织的创伤并因此最大程度保护耳蜗中的活组织，植入物电极应该是软且挠性的，并且插入力量应该最小。不幸的是，目前市场上的大多数耳蜗植入物电极需要显著力量才能插入，即使是对于远小于鼓阶全长的距离来说。插入植入物电极所需的力与各种因素相关，包括该特定装置的尺寸、几何形状、电极触点数量、内部结构和在制造中使用的材料。在这样的装置中使用的材料包括用于导线、触点、功能性金属或聚合物区段的材料和本体材料。植入物电极的尺寸、所使用材料的刚性、电极材料外壳的疏水性、以这样或那样的方式储存在电极装置中的能量以及装置的插入方法，对电极放置期间转嫁到组织的损伤的量和位置有影响。此外，系统或系统的特定部件的取出和替换，也可能对活组织造成创伤和损伤。

已提出用具有治疗性质的随时间释放的药用物质对可植入装置进行涂层，以促进创伤愈合。到目前为止，这使用与某些药物混合的生物可降解聚合物例如聚乳酸、聚乙醇酸和其他生物可降解聚合物来进行。但是，使用这些生物可降解聚合物的一个问题在于，即使在施加非常薄的层时，它们也通过使装置、特别是植入物电极变得极为刚性而改变装置的机械性质。这是一个重要问题。另一个问题是这些聚合物可以通过释放改变周围组织pH的酸性化合物而降解。另一个问题是现有的涂层未结合于电极载体的硅酮材料，而是简单地没有任何附着性地围绕所述硅酮，并且在装置操作期间可容易破裂。

另一种可能的方法是使用非降解性生物稳定聚合物代替生物可降解聚合物作为药物洗脱基质来涂覆可植入装置。它们不释放降解产物或改变周围组织的pH，但它们确实永久保留在体内，并且可能发生公知的外来组织反应例如发炎或其他免疫反应。

已经提出通过用降低电极装置与它所进入的组织之间的摩擦的润滑涂层来涂覆植入物电极的外侧，以减少插入力和插入创伤。但是润滑涂层也使植入物电极更滑，并使外科医生难以操作。此外，同样存在着用作润滑剂的具体物质在插入后是否分解以及如何分解的问题。

在植入物装置植入后，相邻组织中的细胞探查所述生物材料，并且一般用纤维化组织壳来囊封外来物体。囊封在这样的纤维组织壳中的电极阵列受到电阻抗增加的困扰。这增加了植入物系统的功率消耗。这对于要求非常低功率消耗的可完全植入系统来说特别成问题。由于电极阵列的电阻抗增加，患者的听力表现可能不如它能够或应该的那样好。光滑的植入物表面能够将这种不利的囊封过程降至最低。

除了组织创伤之外，植入物电极的插入在装置本身内产生显著力量。在电子载体的弹性硅酮材料内，是向相邻组织施加电刺激信号的精细金属电极触点以及向电极触点传送刺激信号的连接导线。这些结构相当小且脆弱。在制造、运输、操控期间或甚至手术后，它们可能损坏和破裂。对导线和/或触点的任何损伤通常不能被修复，并使植入物装置的性能降低。因此，制造、运输和手术过程的一个重要方面，是进行质量控制检查以检验植入物电极及其内部结构的完整性。例如，可以在显微镜下对导线破碎、可能的短路或其他故障进行视觉检测。

但是，尽管电极装置的硅酮材料天然透明，但生产模制过程在外表面上留下有纹理的特征，妨碍了装置内部的视觉检查。通过将装置浸在水中可以暂时提高装置的透明度，用于制造的质量保证检查，但是这仅仅暂时有效。因此，当外科医生从运输包装中取出植入物装置进行手术植入时，装置内部再一次模糊不清。

发明内容

本发明的实施方式涉及可植入装置例如耳蜗植入物电极和/或可植入光学刺激装置。透明度有限的聚合物材料的植入物主体具有带纹理的外表面。光滑的外部聚合物涂层覆盖所述带纹理的外表面并与其交联，形成透明度比所述聚合物材料更高的覆层植入物。

所述聚合物材料和聚合物涂层可以是基本上相同的材料，例如硅酮材料。通过这种方式，所述聚合物材料和聚合物涂层可以具有基本上相似的强度和挠性。在一些实施方式中，所述聚合物涂层可以包括可随时间释放的药用物质。所述聚合物涂层的至少一部分可以具有与所述植入物的聚合物材料颜色不同的光学色彩。在一些实施方式中，所述聚合物涂层可以包括可随时间释放的药用物质。

本发明的实施方式还包括形成可植入装置例如耳蜗植入物电极和/或可植入光学刺激装置的方法。植入物主体由透明度有限的聚合物材料制成，其具有带纹理的外表面。然后施加光滑的外部聚合物涂层，其覆盖所述带纹理的外表面并与其交联，形成透明度比所述聚合物材料更高的覆层植入物。

在其他这样的实施方式中，所述聚合物材料和聚合物涂层可以是基本上相同的材料，例如硅酮材料。所述聚合物材料和聚合物涂层可以具有基本上相似的强度和挠性。在一些实施方式中，所述聚合物涂层可以包括可随时间释放的药用物质。所述聚合物涂层的至少一部分可以具有与所述植入物的聚合物材料颜色不同的光学色彩。

可以通过喷涂技术、浸涂技术或其他技术来施加所述光滑的外部聚合物涂层。对于涂层过程来说，可以将所述电极触点掩蔽。

附图说明

图1示出了本发明实施方式的具有外部聚合物涂层的植入物电极。

图2A-E示出了本发明实施方式的具有各种特定涂层结构的植入物电极的横截面视图。

图3示出了一段未覆层的耳蜗植入物电极的视图。

图4示出了一段本发明实施方式的具有外部涂层的耳蜗植入物电极的视图。

具体实施方式

本发明的实施方式涉及可植入装置例如耳蜗植入物电极和/或可植入的光学刺激装置，其具有带纹理的、透明度有限的聚合物材料外表面。例如，耳蜗植入物电极通常包括硅酮载体材料，其囊封有多个刺激触点和连接导线。光滑的外部聚合物涂层覆盖装置的带纹理的外表面并与其交联，形成透明度比植入物的聚合物材料更高的覆层植入物。

图1示出了本发明的一种特定实施方式的耳蜗植入物电极10的实例。透明度有限的聚合物材料的弹性电极载体11（例如模制硅酮）具有带纹理的外表面。电极载体11还通常在其被称为电极阵列的远端部分囊封有用于对耳蜗组织进行电刺激的多个电极触点12，以及将刺激信号传送到电极触点12的连接导线。光滑的外部涂层13覆盖至少一部分的电极载体11的带纹理的外表面并与其交联，形成透明度比电极载体11的未处理的聚合物材料更高的覆层耳蜗植入物电极10。外部涂层13与电极载体11是基本上相同的材料例如硅酮材料，以使电极载体11和外部涂层13可以具有基本上相同的强度和挠性。外部涂层13的至少一部分可以具有与电极载体11的材料颜色不同的光学色彩，以突出植入物电极10的特定特征或部分。在特定实施方式中，可以只对电极阵列部分进行涂层。

在一些实施方式中，外部涂层13可以包含治疗有效量的药用物质，其可以随时间释放到周围的内耳组织中。外部涂层13中药用物质的浓度可能需要相对高，以便在耳蜗流体、特别是在可能存在仍有功能的毛细胞的耳蜗的更顶部部分中有效。可用于掺入到外部涂层13中的药用物质的实例包括抗生素和/或甾类（例如地塞米松），其随时间从外部涂层13洗脱，直至所述物质耗尽。药用物质从外部涂层13的释放速率随着涂层中的药物比率、涂层厚度及其施加的具体方法而变。

图2A-E示出了本发明的实施方式的具有各种特定涂层结构的植入物电极的横截面图。如图2D中所示，尽管外部涂层13与电极载体11由相同材料制成，但在一些实施方式中，两者的结构可以不同，例如致密或多孔。外部涂层13的孔隙度对装置的药物释放特性具有强烈影响。图2A示出了具有相对致密的电极载体11和相对多孔的掺有药用物质的外部涂层13的实施方式。在耳蜗植入物电极10在细胞外流体中水合后，发生药用物质从外部涂层13的洗脱。多孔外部涂层13的一个优点是增加表面积，从而增加药用物质的释放速率。在其他实施方式中，具有如图2B中示出的致密外部涂层13和多孔电极载体11可能是有用的。

一些实施方式可以基于如图2C中所示的多层排列方式，其中致密的内部电极载体11被两个外层覆盖：第一多孔外部涂层21被致密的第二外部涂层22覆盖，其中一个外部涂层可以保有药用物质，而另一个外部涂层具有第二药用物质或没有药用物质。或者在不同外部涂层中单个药用物质的浓度可以不同。

在图3中，人们可以看到未覆层的硅酮电极载体31的内部，但是带纹理的外表面（来自于生产模制过程的压印效果）只提供有限的透明度，使内部电极导线32的结构细节不清晰。当用薄的硅酮外层涂层电极载体31的外表面时，纹理特征被填平，形成如图4中所示的具有大大提高的透明度的光滑表面，其使内部电极导线32的视觉检查容易得多。此外，提高后的透明效果是能够耐受运输和操作的长期持续的效果，使外科医生能够在即将植入之前容易地验证植入物电极10的完整性。

可以以各种方式将外部涂层13施加到电极载体11。例如，可以将电极载体11浸泡在涂层材料容器中，以通过浸涂技术覆盖它。或者可以将涂层材料喷洒在电极载体11的表面上，以形成外部涂层13。外部涂层13可以薄至仅仅几微米，直到使用多次涂覆操作而厚达几百微米。通过喷涂电极载体11可以容易地沉积超薄外部涂层13。外层13的喷涂可以使用已用溶剂稀释的硅酮，并且所述溶剂可以接受能够在这样的介质中溶解的药用物质。喷涂参数能够形成多孔或无孔的硅酮外层13。覆层粒子的尺寸可以为纳米尺度或微米尺寸的液滴。

此外或可选地，可以使用掩模技术将外部涂层13局限于电极载体11表面的目标部分。例如，在施加外部涂层13时掩蔽电极触点12，随后除去保护性掩模，可能是合乎需要的。掩蔽可以使用夹子、夹子和泡沫垫、葡萄糖液滴、聚合物溶液的液滴或喷涂机与植入物电极10的部分之间的屏蔽物来实现。解掩蔽可以在喷涂的外层13仍处于湿状态下时进行，从而限制植入物电极10的覆层部分/未覆层部分的边界处的粗糙边缘。

正如上面简要提到的，植入物电极10的关键物理参数不被外部涂层13改变，是有利的。对于外部涂层13的聚合物组分来说，使用与已用于电极载体11的材料相同的硅酮材料，在机械特性、生物相容性、生物学效率以及外部涂层13与电极载体11之间的附着方面是有利的，其保持植入物电极10的外观、机械特性和尺寸特性或表面性质如可润湿性或表面电荷不变。电极载体11和外部涂层13的材料使用相同的材料，产生匹配的表面特性例如疏水性和带电荷性，从而最大化两种部件之间的分子间力，在它们之间产生良好附着。

在外部涂层13中包含少量药用物质（通常为0.1–10%），对植入物电极10的机械性质的影响即使有的话也是很小。并且在外部涂层13中使用与电极载体11的聚合物相同的聚合物基质，意味着涂层基质对装置作为整体的生物相容性没有附加影响。没有其他杂质或降解产物出现，只有药用物质对周围组织具有任何有意义的生物活性。

此外，由于外部涂层13的表面比电极载体11的带纹理表面更光滑，在装置的手术插入期间将存在较少的组织创伤。同样地，在插入后也应该存在较少的组织生长，以及在插入期间和之后存在较少的蛋白质（例如血液粒子）的附着。

尽管已经公开了本发明的各种示例性实施方式，但对于本技术领域的专业人员来说，显然可以做出各种改变和修改，它们将实现本发明的一些优点而不背离本发明的真实范围。

Claims (19)

1.可植入装置，其包含：

透明度有限的聚合物材料的植入物主体，其具有带纹理的外表面；以及

光滑的外部聚合物涂层，其覆盖所述带纹理的外表面并与其交联，形成透明度比所述聚合物材料更高的覆层植入物主体。

2.权利要求1的可植入装置，其中所述聚合物材料和所述聚合物涂层是基本上相同的材料。

3.权利要求2的可植入装置，其中所述材料是硅酮材料。

4.权利要求1的可植入装置，其中所述聚合物材料和所述聚合物涂层具有基本上相似的强度和挠性。

5.权利要求1的可植入装置，其中所述聚合物涂层包括可随时间释放的药用物质。

6.权利要求1的可植入装置，其中所述聚合物涂层的至少一部分具有与所述植入物的聚合物材料颜色不同的光学色彩。

7.权利要求1的可植入装置，其中所述装置是耳蜗植入物电极。

8.权利要求1的可植入装置，其中所述装置是可植入的光学刺激装置。

9.形成可植入装置的方法，所述方法包括：

生产透明度有限的聚合物材料的植入物主体，其具有带纹理的外表面；以及

施加光滑的外部聚合物涂层，其覆盖所述带纹理的外表面并与其交联，形成透明度比所述聚合物材料更高的覆层植入物主体。

10.权利要求9的方法，其中所述聚合物材料和所述聚合物涂层是基本上相同的材料。

11.权利要求10的方法，其中所述材料是硅酮材料。

12.权利要求9的方法，其中所述聚合物材料和所述聚合物涂层具有基本上相似的强度和挠性。

13.权利要求9的方法，其中所述聚合物涂层包括可随时间释放的药用物质。

14.权利要求9的方法，其中所述聚合物涂层的至少一部分具有与所述植入物的聚合物材料颜色不同的光学色彩。

15.权利要求9的方法，其中所述装置是耳蜗植入物电极。

16.权利要求9的方法，其中所述装置是可植入的光学刺激装置。

17.权利要求9的方法，其中使用接触掩模技术来施加所述光滑的外部聚合物涂层。

18.权利要求9的方法，其中使用喷涂技术来施加所述光滑的外部聚合物涂层。

19.权利要求9的方法，其中使用浸涂技术来施加所述光滑的外部聚合物涂层。

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