CN106794346A - 可植入的电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明说明一种可植入的电极组件，所述电极组件具有至少局部由生物相容的聚合物组成的载体基质，在该载体基质的载体基质表面上至少局部地存在施加在所述载体基质上或者集成到所述载体基质中的电极的能自由触及的电极表面。此外，解释一种用于制造所述可植入的电极组件的方法。本发明的特征在于，所述电极具有带有平的上侧和下侧的金属基板，该基板具有局部地垂直超过所述上侧的至少一个结构元件，所述金属基板的平的表面平行于所述载体基质表面地定向，并且所述金属基板除了所述至少一个结构元件的第一表面区域之外完全被所述生物相容的聚合物间接地和/或直接地包围，所述第一表面区域朝向所述载体基质表面地定向并且相当于可自由触及的所述电极表面。

Description

可植入的电极组件

技术领域

本发明涉及一种具有至少局部地由生物相容的聚合物或者聚酰亚胺组成的载体基质的可植入的电极组件，在该载体基质的载体基质表面上至少局部地存在施加在载体基质上或者集成到载体基质中的电极的可自由触及的电极表面。

背景技术

用于将电信号输入到体内的定位区域中和/或从体内的定位区域中导出的医疗植入物大多具有集成在生物相容的塑料载体中的、具有可自由触及的电极面的金属导线结构，该电极面与待电刺激或者说待监控的体内组织区域发生直接接触。医疗植入物所承受的体内潮湿环境对应用在植入物的载体基质中或者上的电极结构的材料稳定性和使用寿命提出高的要求。因此，体内的液体由于其毛细扩散特性和湿润特性主要在技术的表面上具有侵入到最小裂纹和中间缝隙中的趋势，由此主要施加在载体基质表面上的电极结构不断地承受流体机械式的分离作用，该电极结构由于在大多数由生物相容的聚合物组成的载体基质和金属电极材料之间的材料差异而包括一个边界层，该边界层不断地暴露于毛细作用的液体。在电极结构和载体基质之间的边界层中已经形成的微小裂纹可能导致电极结构与聚合的载体基质分离，由此医疗植入物可能受到不可逆的损坏。附加地，聚合材料对于分子水来说不是密封材料，因此，水随着时间的进程也能够通过无裂纹的表面进入植入物的聚合载体材料中。

从文献DE 10 2011 078 982 A1得出一种可植入的神经电极组件，在该神经电极组件中，接头电极面以及神经触头电极面分别被生物相容的、电绝缘的基质包围，相互电连接的导体电路的两个电极面分别完全集成在该基质中。平面地并且可自由触及地构造的电极面被由机械固定并且好地电绝缘的聚合物构成的外壳框状地包围。

从文献DE 44 33 111 A1得出一种具有超过由不导电的硅组成的多层柔性基质突出的多个电极销的Cuff电极，该电极销通过在基质内部走向的导体电路进行电触点接通。电极销构造成用于穿透到神经纤维束中，Cuff电极可以呈外围绕组的形式围绕神经纤维束施加。

在可植入的电极结构的所有已知构型中，绝对不采取措施来有效地对抗在电极体和包围电极体的载体基质母体之间的复合结构的由液体决定的降解(层离)的上述问题。此外，没有说明提高金属聚合物混合物在非平面的结构区域中的机械固定的措施。

发明内容

本发明的任务在于，这样扩展一种具有至少局部地由生物相容的聚合物或者聚酰亚胺组成的载体基质的可植入的电极组件(在该载体基质的载体基质表面上至少局部地存在施加在载体基质上或者集成到载体基质中的电极的可自由触及的电极表面)，使得至少显著地减少或者完全避免以上所阐述的、在体内缓慢发生的、在电极和载体基质之间的分离过程。

本发明的任务的解决方案在权利要求1中说明。此外，在权利要求10上说明一种根据解决方案的、用于制造电极组件的方法。参照实施例由从属权利要求以及进一步说明的主题得出以有利的方式扩展所述解决方案构想的特征。

具有至少局部地由生物相容的聚合物组成的载体基质的、根据解决方案的可植入的电极组件(在该载体基质的载体基质表面上至少局部地存在施加在载体基质上或者集成到载体基质中的电极的可自由触及的电极表面)的特征在于，电极具有带有平的上侧和下侧的金属基板，在该基板的上侧上设置有垂直于基板的上侧地局部伸出的至少一个结构元件。金属基板的平的表面平行于载体基质表面定向地布置。此外，除了所述至少一个结构元件的第一表面区域之外(该第一表面区域朝向载体基质表面定向并且相当于可自由地接触到的电极表面)，金属基板以及优选与基板整体连接的所述至少一个结构元件完全被载体基质的生物相容的聚合物间接和/或直接地包围。

根据解决方案的在电极和载体基质的生物相容的聚酰亚胺或者说聚合物材料之间尽可能持久稳定的连接的实现反映在电极的一种特定的结构上的构造方式中以及反映在由此可能的电极在载体基质中的特定集成中，由此，给体内的潮湿环境或者说体内的液体仅提供微小的、侵入金属电极材料和载体基质的生物相容的聚合物之间的边界面中或者说使该边界面负载的可能性。在这里，暴露给湿气的边界层长度被降低到最小。这由此实现，其方式是，电极体的最大部分被生物相容的聚合物包围，仅一个小的电极表面区域或者说多个小尺寸的电极区域为了电信号传递可在载体基质表面上自由触及地布置并且在构成最小边界层长度的情况下暴露给体内环境。如果随着时间的进程液体部分要降解边界层，以至于液体能够至少局部地侵入边界层深处，则根据解决方案结构化的电极体具有帮助避免医疗植入物的功能损失的其他特征。

根据解决方案，电极设置一个金属的、优选由铂组成的带有平的上侧和下侧的基板，所述基板具有至少一个、优选多个垂直地局部超过基板的上侧的结构元件，该结构元件优选柱式、筋式、套管式或者连接管式地构造。所述至少一个结构元件与基板整体地连接并且优选由具有非常高的电荷传递能力的材料制造，优选由氧化铱制造。金属基板完全被载体基质的生物相容的聚合物包围，以及所述至少一个结构元件除了结构元件的第一表面区域之外也被所述载体基质的生物相容的聚合物包围，该第一表面区域朝向载体基质表面定向并且优选不超过该载体基质表面。

因此，在载体基质表面上可自由触及的电极接触面减小，然而由于基板以及在其上一件式连接的结构元件除了朝向载体基质表面定向的表面区域之外的密封封装完全被载体基质的生物相容的聚合物包围。因此，由环境决定的液体或者说湿气到电极体和载体基质的生物相容的聚合物之间的侵入明显变得困难。在另一优选实施方式中，优选在金属基板下侧和载体基质的生物相容的聚合物之间附加地引入例如呈SiC或者DLC形式的増附剂层或者増附剂层组件，该増附剂层或者増附剂层组件不但与聚合的载体基质而且与电极的金属材料形成共价键合。由此，所述层相互化学式地连接，由此避免可能的微腔，所述微腔通常可能在例如通过溅镀或者蒸镀将金属层直接施加在聚合物表面上时形成。正是这类微腔可能由于分子水在聚合材料中的穿透作用而在时间的进程中以水充注并且以此方式导致金属层或者说电极的局部分离。

参照具体的优选实施例可以得出进一步说明，证实为有利的是，电极的至少所有至少背离载体基质表面的那些表面区域覆有或者说设有増附剂层。

在另一实施方式中，至少一个结构元件具有至少一个连接片式构造的突出部，该突出部相对于结构元件的纵向延伸垂直地定向并且与载体基质表面间隔开地布置，使得突出部被生物相容的聚合物包围。此外，突出部具有平行于基板的上侧定向的表面区域，在该表面区域中，优选朝向基板的上侧的表面区域设有増附剂层或者増附剂层组件。显然地，电极体的所有优选平行于基板的上侧或者说下侧定向的、即水平的表面区域涂覆有増附剂层或者増附剂层组件。

结合下面的附图阐述参照电极结构的可能构型的其他优选实施方式。

附图说明

下面在对一般发明构想不进行限制的情况下根据实施例参照附图示范性地说明本发明。附图示出：

图1a集成到载体基质中的电极的详细示图，

图1b结构元件的替代构造，和

图2用于制造可植入的电极组件的序列图像示图。

具体实施方式

为了持久地改进例如呈电极条形式的电极体2在由生物相容的聚合物材料组成的载体基质1上或中的接合，提出将电极条3以下面的方式尽可能地集成到载体基质1中，对此参见图1a：

电极体2具有金属基板3，该基板具有上侧31和下侧32。与基板3的上侧31一件式连接地，优选设置在整个上侧上面式分布的、垂直突出的、优选呈柱式、筋式、连接片式或者套管式的突出部形式的结构元件4，所述突出部具有朝向载体基质表面1’的表面区域41，参见图1a，该表面区域在电极组件被植入的状态下例如可以与神经纤维束的神经外膜产生直接贴靠。附加地，以有利的方式至少在下侧32和载体基质1的包围基板3的聚合物材料之间设置増附剂层5，参见图1b，该图1b示出在图1a中所示出的可植入的电极组件的详细放大视图。

此外，増附剂层3也可以施加在基板3的上侧31上。特别合适的増附剂层由碳化硅(SiC)以及类金刚石(DLC)组成。优选地，电极体2尤其在结构元件3的区域中包含氧化铱，所述氧化铱属于具有最高电荷传递能力的材料。

单个结构元件4的数量以及布置可以任意地选择，但是优选按几何形状分类的排列KO，例如方形的、五边形的、六边形的或者更高阶的布置图案，这如从图1a可得出。

在图1c中图示说明一种用于构造至少一个结构元件4的进一步改进的变型方案。图1c示出结构元件4的纵截面，该结构元件具有垂直于金属基板3的上侧31定向的纵向延伸LA，结构元件4沿着该纵向延伸设置至少一个侧向的突出部42，该突出部具有垂直于纵轴线LA定向的延伸。

突出部42具有所谓的第二表面区域43，该第二表面区域平行于金属基板3的上侧31并且朝向该上侧地定向。在第一变型方案中，在第二表面区域43上施加増附剂层5或者増附剂层组件5’，所述増附剂层或者増附剂层组件如在前述情况下一样设置在下侧32上。第二表面区域43与第一表面区域31间隔开地布置并且由増附剂层(5)或者说増附剂层组件(5’)分开地完全被生物相容的聚合物包围。

在第二变型方案中，増附剂层(5)或者说増附剂层组件(5’)附加地施加在连接片式成形的突出部42的上侧44上并且优选也施加在基板3的上侧31上。

为了制造根据解决方案的、装入生物相容的聚合物材料中的至少一个电极2，参照序列图像a至ab详细地阐述下面的过程步骤：

借助于旋转涂覆将聚酰亚胺层PI(参见步骤b)面式均匀分布地施加在所提供的硅晶片Wa的表面上(参见步骤a)。接下来，在聚酰亚胺层PI上施加光刻胶FI(参见步骤c)，所述光刻胶借助于掩膜步骤曝光并且为了使光刻胶FI结构化而被冲洗(参见步骤d)。在下一个步骤中，进行増附剂HV的全面施加，该増附剂例如借助于蒸镀技术沉积。例如DLC适合于此。在步骤f中，进行整面金属化，优选借助于铂Pt进行，通过溅镀过程或者蒸镀过程将所述铂沉积到増附剂层HV上。以此方式制造电极的以上所说明的基板3。在接下来的步骤g中，进行剥离过程(Lift-Off-Prozess)，在该剥离过程中除去除了结构化的铂基板Pt之外的所有材料层，该铂基板在其下侧上以増附剂层HV施加在聚酰亚胺层PL上。

在步骤h中，进行増附剂层HV的重新沉积。接下来，借助于旋转涂覆使第二聚酰亚胺层PI沉积，参见步骤i。在步骤j中，再次借助于旋转涂覆进行光刻胶层FI的沉积。接下来，在步骤k中在使用掩膜的情况下曝光和冲洗光刻胶层FI。在接下来的步骤l中，借助于干等离子体蚀刻在敞开的光刻胶层区域中局部地剥蚀光刻胶层FI直到最上面的増附剂层。

而在步骤m中再次施加铱-氧化铱层。在步骤n中，借助于剥离过程进行结构化的光刻胶层FL的提取。在接下来的步骤o中，施加光刻胶层FL。在步骤p中，冲洗该光刻胶层FL并且向下蚀刻到铱-氧化铱层的深度。要注意的是，开口超过电极的铱-氧化铱表面的宽度(参见步骤p)。再次施加増附剂层HV，参见步骤q。在步骤r中，借助于溅镀或者说蒸镀实施第三金属化，在该第三金属化中，铱Ir以及铱氧化物IrOx以增大的含量垂直向上地沉积。在接下来的步骤s中，重新施加HV层。在方法步骤t中，再次进行剥离过程，在该剥离过程中局部地剥蚀被施加在聚酰亚胺表面上的金属层。

在过程步骤u中，借助于旋转涂覆进行聚酰亚胺层PI的面式沉积。在接下来的步骤v中，用光刻胶层FI覆盖该聚酰亚胺层，在接下来的步骤w中在使用掩膜的情况下曝光和冲洗该光刻胶层，使得在光刻胶层内部出现局部的开口。在接下来的步骤x中，又溅镀铱-铱氧化物来构造以上所说明的突出部42。在过程步骤y中进行剥离，之后是步骤z，在该步骤z中借助于旋转涂覆施加光刻胶层FI。

在步骤aa)中，由掩膜覆盖地冲洗该光刻胶层FI。借助于干蚀刻使两条沟露出，所述沟到达硅晶片Wa的表面。在最后的步骤ab)中进行光刻胶层FI的消除，由此获得可植入的电极组件，该电极组件设有几乎完全被聚酰亚胺包围的电极体2，该电极体具有由铂组成的基板3以及连接片式的突出部4，该突出部的最上面的电极面41可自由触及到(参见在图2中的放大示图)。

通过上述方法能够制造具有在10nm和5μm之间的板厚度的基板，结构元件在所述基板上以50nm至5μm的长度突出。

在基板3在载体基质内部的优选布置中(所述载体基质由单个聚酰亚胺层PI组成)，基板3位于载体基质内部的中间，即第一聚酰亚胺层在步骤a)中如此厚地构造，使得该第一聚酰亚胺层相当于在步骤i)和u)中所施加的另外的聚酰亚胺层PI的总厚度。基板3的这类布置具有可实验证明的优点：补偿作用到基板上的、材料自身的应力，该应力在接下来的调温过程中形成。为了将材料预应力压入载体基质中，调温过程是必需的，可植入的轴环电极能够通过材料预应力自发地围绕神经纤维束缠绕。

附图标记列表

1 载体基质

1’ 载体基质表面

2 电极

3 基板

31 上侧

32 下侧

4 结构元件

41 第一表面区域

42 连接片式的突出部

43 第二表面区域

44 第三表面区域

5 増附剂层

5’ 増附剂层组件

KO 几何形状排列

LA 纵向延伸

Claims (11)

1.能植入的电极组件，所述电极组件具有至少局部由生物相容的聚合物组成的载体基质，在该载体基质的载体基质表面上至少局部地存在施加在所述载体基质上或者集成到所述载体基质中的电极的能自由触及的电极表面，其特征在于，所述电极具有带有平的上侧和下侧的金属基板，该基板具有局部地垂直超过所述上侧的至少一个结构元件，所述金属基板的平的表面平行于所述载体基质表面地定向，并且所述金属基板除了所述至少一个结构元件的第一表面区域之外完全被所述生物相容的聚合物间接地和/或直接地包围，所述第一表面区域朝向所述载体基质表面地定向并且相当于能自由触及的所述电极表面。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，至少在所述金属基板的所述下侧和所述载体基质的所述生物相容的聚合物之间引入増附剂层或者増附剂层组件。

3.根据权利要求1或2所述的电极组件，其特征在于，至少一个所述结构元件与所述金属基板一件式地连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电极组件，其特征在于，设置有在所述金属基板的所述上侧上根据几何图案(KO)布置的并且同样构造的多个结构元件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述至少一个结构元件柱式、筋式、套管式或者连接片式地构造。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述至少一个结构元件具有垂直于所述金属基板的所述上侧定向的纵向延伸(LA)，所述结构元件沿着所述纵向延伸具有至少一个垂直于所述纵向延伸定向的、连接片式的突出部，该突出部设有至少一个第二表面区域，所述第二表面区域平行于所述金属基板的所述上侧地定向并且在所述第二表面区域上施加有所述増附剂层或者増附剂层组件，并且，所述第二表面区域与所述第一表面区域间隔开地布置并且间接地完全被所述生物相容的聚合物包围。

7.根据权利要求6所述的电极组件，其特征在于，所述第二表面区域背离所述载体基质表面地定向。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述基板具有在10nm和5μm之间的板厚度，并且所述至少一个结构元件具有超过所述基板突出的50nm至5μm的长度。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电极组件，其特征在于，所述载体基质具有垂直于所述载体基质表面定向的基质厚度，并且所述基板相对于所述基质厚度居中地布置。

10.用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的能植入的电极组件的方法，其特征在于以下的方法步骤：

-将金属基板施加在由生物相容的聚合物组成的载体基质上，

-整体地施加至少一个在所述基板的所述上侧上垂直延伸的结构元件，并且

-将生物相容的聚合物这样施加到所述载体基质和所述基板上，使得除了所述至少一个结构元件的背离所述基板的所述上侧定向的第一表面区域之外，所述至少一个结构元件完全被所述载体基质的所述生物相容的聚合物间接和/或直接地包围。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述金属基板以及所述至少一个结构元件通过蒸镀过程或者溅镀过程沉积。