DE102019211689A1

DE102019211689A1 - Segmentierte Ringelektrode (Polymer-Metall-Verbund)

Info

Publication number: DE102019211689A1
Application number: DE102019211689.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Jung; Katharina MUSIOL
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2021-02-11
Also published as: US11701514B2; EP3772360B1; EP3772360A1; US20210038882A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer segmentierten Elektrode, aufweisend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines Rohrs (100) aus Metall, aufweisend eine Außenseite (101) und eine Innenseite (102), wobei die Innenseite (102) des Rohrs (100) einen Hohlraum (103) bildet;(b) Anordnen einer Stützstruktur (110) in dem Hohlraum (103), sodass die Stützstruktur (110) das Rohr (100) mechanisch stabilisiert;(c) Formen von Zwischenräumen (130a, 130b, 130c) in dem Rohr (100), welche eine Vielzahl von Segmenten (120a, 120b, 120c) in dem Rohr (100) definieren;(d) Einbringen eines elektrisch isolierenden Materials in die Zwischenräume (130a, 130b, 130c), und dadurch Ausbilden von elektrisch isolierenden Bereichen (140a, 140b, 140c), wobei zwischen den Segmenten (120a, 120b, 120c) und den Bereichen (140a, 140b, 140c) jeweils eine Grenzfläche (170) definiert wird;(e) Schneiden des Rohrs (100), sodass daraus mehrere segmentierte ringförmige Elektroden gebildet werden; und(f) Entfernen der Stützstruktur (110) aus dem Rohr (100).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer segmentierten Elektrode, und eine Elektrode, die nach diesem Verfahren herstellbar ist. Eine solche Elektrode ist insbesondere für die medizinische Anwendung vorteilhaft. Mögliche Anwendungen sind beispielsweise Herzschrittmacher und Neuromodulation. Die erfindungsgemäßen Elektroden können beispielsweise im Zusammenhang mit Leads und Pulsgeneratoren Verwendung finden.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In der Medizintechnik sind Elektroden vorteilhaft, welche eine Vielzahl von unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbaren Segmenten aufweisen. Hierdurch ist es möglich, an verschiedenen Stellen des menschlichen oder tierischen Körpers gleichzeitig voneinander unabhängige elektrische Signale abzugeben oder aufzunehmen.
Bei der Herstellung einer solchen segmentierten Elektrode stellt es eine technische Herausforderung dar, die einzelnen Segmente voneinander zu trennen, und gleichzeitig die Stabilität des Gesamtaufbaus zu gewährleisten. Im Stand der Technik werden zur Stabilisierung des Gesamtaufbaus außenliegende Stützstrukturen vorgesehen, welche aus demselben Material wie die Segmente bestehen, üblicherweise ein biokompatibles Metall. Solche Stützstrukturen erhöhen den Materialverbrauch bei der Herstellung, und müssen in arbeits- und zeitaufwändiger Weise wieder abgetragen werden.
EP3284509 A1 beschreibt ein Spritzgussverfahren, welches eine solche außen liegende Stützstruktur verwendet. Diese Stützstruktur verbindet die einzelnen Segmente miteinander, um sie während des Herstellungsverfahrens zu stabilisieren. Diese Stützstruktur wird durch spitzenloses (Centerless-) Schleifen wieder abgetragen. Das dort dargestellte Verfahren beruht weiterhin auf Spritzgusstechnik, welche ein spezifisch angepasstes Werkzeug erfordert. Hierdurch kann jeweils nur eine einzelne Elektrode pro Werkstück hergestellt werden. Weiterhin ist dieses Verfahren nicht sehr flexibel, d. h. es ist schwierig, kleinere Anpassungen vorzunehmen, zum Beispiel wenn unterschiedliche Elektroden in jeweils kleiner Stückzahl gefertigt werden sollen.
EP3024535 B1 beschreibt ein ähnliches Verfahren, bei dem ein Opferring als außenliegende Stützstruktur dient. Eine Beschichtung mit Kunststoff erfolgt erst bei der abschließenden Assemblierung der Elektrode.
Die oben beschriebenen Verfahren des Stands der Technik sind oft problematisch, wenn Bauteile mit kleinen Dimensionen und/oder komplexer Form herzustellen sind. Dünnschichttechnologien, welche beispielsweise in US20140296951 A1 beschrieben sind, bieten häufig keine gute Langzeitstabilität der hergestellten Bauteile.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben geschilderten und weitere Probleme des Stands der Technik zu lösen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise Vorteile bezüglich Materialeinsparung, geringerer Verarbeitungszeit und Flexibilität bieten. Besondere Ausführungsformen bieten weitere Vorteile, die hierin nachfolgend detaillierter beschrieben sind. Dies können beispielsweise eine verbesserte Stabilität oder verbesserte elektrische Eigenschaften sein.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme, insbesondere denjenigen, die in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben.

1. Verfahren zur Herstellung einer segmentierten Elektrode, aufweisend die folgenden Schritte:
1. a. Bereitstellen eines Rohrs aus Metall, aufweisend eine Außenseite und eine Innenseite, wobei die Innenseite des Rohrs einen Hohlraum bildet,
2. b. Anordnen einer Stützstruktur in dem Hohlraum, sodass die Stützstruktur das Rohr mechanisch stabilisiert,
3. c. Formen von Zwischenräumen in dem Rohr, welche eine Vielzahl von Segmenten in dem Rohr definieren,
4. d. Einbringen eines elektrisch isolierenden Materials in die Zwischenräume, und dadurch Ausbilden von elektrisch isolierenden Bereichen, wobei zwischen den Segmenten und den Bereichen jeweils eine Grenzfläche definiert wird,
5. e. Schneiden des Rohrs, sodass daraus mehrere segmentierte ringförmige Elektroden gebildet werden,
6. f. Entfernen der Stützstruktur aus dem Rohr.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Stützstruktur und das Rohr unterschiedliche Materialien aufweisen, oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
3. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei die Stützstruktur ein Nicht-Edelmetall, bevorzugt Eisen, Molybdän, Magnesium, Kupfer, Aluminium, Zinn, Zink, Nickel, oder eine Legierung daraus beinhaltet.
4. Verfahren nach Ausführungsform 3 oder 4, wobei der Schritt des Entfernens der Stützstruktur aus dem Rohr ein chemisches Verfahren, bevorzugt ein Ätzverfahren, beinhaltet.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenseite des Rohrs weiterhin strukturiert wird, um eine Struktur auf der Außenseite des Rohrs auszubilden und wobei die Struktur eingerichtet wird, die elektrische Kontaktierung der gebildeten Ringelektrode zu ermöglichen.
6. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei die Struktur eine Öffnung ist, die die Außenseite mit der Innenseite des Rohrs verbindet.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Außenseite des Rohrs zusätzlich beschichtet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche durch Extrusion oder Tauchbeschichtung gebildet werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche einen extrudierfähigen Kunststoff, bevorzugt ETFE, PTFE, PFA, FEP, TPU oder PEEK, aufweisen, oder daraus bestehen.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Segmente jeweils an der Grenzfläche strukturiert werden, so dass die Verbindung zwischen den Segmenten und den elektrisch isolierenden Bereichen verbessert wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Segmente und die elektrisch isolierenden Bereiche durch Verflüssigung des elektrisch isolierenden Materials jeweils stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden werden.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Verfahrensschritte in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f oder a, b, c, d, f, e durchgeführt werden.
13. Verfahren nach einem der Ausführungsformen 1 bis 12, wobei die Stützstruktur ein Bestandteil einer Vorrichtung ist, die dazu eingerichtet ist, das Rohr aus mehreren Drähten zu formen.
14. Verfahren nach Ausführungsform 13, aufweisend die folgenden Schritte:
1. a. Bereitstellen einer Vielzahl von Drähten,
2. b. Einlegen der Drähte in die Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Stützstruktur aufweist,
3. c. Zusammenfügen der Drähte zu einem Rohr mithilfe der Vorrichtung, wobei in dem Rohr aus den Drähten jeweils Segmente gebildet werden, welche jeweils durch Zwischenräume voneinander getrennt sind, wobei die Stützstruktur das Rohr mechanisch stabilisiert,
4. d. Ausfüllen der Zwischenräume mit einem elektrisch isolierenden Material, sodass aus dem Material zwischen den Segmenten jeweils elektrisch isolierende Bereiche ausgebildet werden,
5. e. Entfernen der Stützstruktur aus dem Rohr,
6. f. Schneiden des Rohrs, sodass daraus mehrere Ringelektroden gebildet werden.
15. Ringelektrode, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ausführungsformen.
16. Medizintechnisches Gerät, aufweisend eine Ringelektrode nach Ausführungsform 15, wobei das medizintechnische Gerät eingerichtet ist, mit Hilfe der Ringelektrode ein elektrisches Signal an den menschlichen Körper abzugeben, oder ein elektrisches Signal vom menschlichen Körper zu empfangen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen, deren Elemente ein bestimmtes Merkmal (z.B. ein Material) „aufweisen“, „beinhalten“ oder „umfassen“ wird grundsätzlich immer eine weitere Ausführungsform erwogen, in denen das betreffende Element allein aus dem Merkmal besteht, d.h. keine weiteren Bestandteile umfasst. Die Begriffe „aufweisen“ und „umfassen“ werden hierin synonym verwendet, sofern nicht anders angegeben. Der Begriff „umfassen“ wird daher hierin nicht im Sinne von „umgeben“ verwendet.
Wenn in einer Ausführungsform ein Element mit dem Singular bezeichnet ist, wird ebenfalls eine Ausführungsform erwogen, bei denen mehrere dieser Elemente vorhanden sind.
Soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang eindeutig ausgeschlossen, ist es grundsätzlich möglich und wird hiermit eindeutig in Betracht gezogen, dass Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein können. Ebenso wird grundsätzlich erwogen, dass alle Merkmale, die hierin in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch für die hierin beschriebenen Erzeugnisse und Vorrichtungen anwendbar sind. Lediglich aus Gründen der knapperen Darstellung werden alle diese erwogenen Kombinationen nicht in allen Fällen explizit aufgeführt. Auch technische Lösungen, die zu den hierin beschriebenen Merkmalen bekanntermaßen gleichwertig sind, sollen grundsätzlich vom Umfang der Erfindung umfasst sein.
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer segmentierten Elektrode, welches die folgenden Schritte beinhaltet:

a. Bereitstellen eines Rohrs aus Metall, aufweisend eine Außenseite und eine Innenseite, wobei die Innenseite des Rohrs einen Hohlraum bildet,
b. Anordnen einer Stützstruktur in dem Hohlraum, sodass die Stützstruktur das Rohr mechanisch stabilisiert,
c. Formen von Zwischenräumen in dem Rohr, welche eine Vielzahl von Segmenten in dem Rohr definieren,
d. Einbringen eines elektrisch isolierenden Materials in die Zwischenräume, und dadurch Ausbilden von elektrisch isolierenden Bereichen, wobei zwischen den Segmenten und den Bereichen jeweils eine Grenzfläche definiert wird.
e. Schneiden des Rohrs, sodass daraus mehrere segmentierte ringförmige Elektroden gebildet werden,
f. Entfernen der Stützstruktur aus dem Rohr.

Diese Verfahrensschritte können grundsätzlich in unterschiedlicher Reihenfolge erfolgen, beispielsweise können Sie in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f oder a, b, c, d, f, e durchgeführt werden. Anstelle der Schritte a und b kann auch unmittelbar ein Rohr mit einer bereits vorhandenen innenliegenden Stützstruktur, beispielsweise einem Metallkern, bereitgestellt werden.
Das Rohr ist ein länglicher Körper, beispielsweise aus Metall. Das Rohr weist eine Außenseite und eine Innenseite auf. Die Innenseite des Rohrs definiert einen Hohlraum im Inneren des Rohrs. Es wird ebenfalls erwogen, dass Rohre auch aus weiteren geeigneten Materialien gebildet sein können, welche bekanntermaßen für medizintechnische Elektroden geeignet sind und elektrisch leitfähig sind. Bevorzugt weist das Rohr ein biokompatibles Material auf. Insbesondere die Oberfläche der Außenseite des Rohrs, welche in der fertigen Elektrode Kontakt mit dem Körper herstellt, sollte eine Oberfläche aus einem biokompatiblen Material aufweisen. In einer Ausführungsform besteht das Rohr vollständig aus einem biokompatiblen Material, beispielsweise einem biokompatiblen Metall. Geeignete biokompatible Metalle sind im Fachgebiet bekannt, beispielsweise Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, oder eine Mischung bzw. Legierung davon. In einigen Ausführungsformen weist das Rohr die Legierungen MP35, Ptlr10, Ptlr20, 316L, 301 304 oder Nitinol auf, oder besteht daraus. Das Rohr kann auch mehrschichtige Materialsysteme umfassen. In einigen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einem oder mehreren dieser Materialien.
MP35 ist eine aushärtbare Legierung auf Nickel-Kobalt-Basis. Eine Variante von MP35 ist beschrieben in der Industrienorm ASTM F562-13. In einer Ausführungsform ist MP35 eine Legierung, die 33 bis 37% Co, 19 bis 21% Cr, 9 bis 11% Mo und 33 bis 37% Ni umfasst.
Ptlr10 ist eine Legierung aus 88 bis 92 % Platin und 8 bis 12 % Iridium.
Ptlr20 ist eine Legierung aus 78 bis 82 % Platin und 18 bis 22 % Iridium.
316L ist ein säurebeständiger, CrNiMo-Austenitstahl mit ca. 17% Cr; ca. 12% Ni und mind. 2,0 % Mo. Eine Variante von 316L ist beschrieben in der Industrienorm 10088-2. In einer Ausführungsform ist 316L eine Legierung, die 16,5 bis 18,5% Cr; 2 bis 2,5% Mo und 10 bis 13% Ni umfasst.
301 ist ein Chrom-Nickelstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit. Eine Variante von 301 ist beschrieben in der Industrienorm DIN 1.4310. In einer Ausführungsform ist 301 eine Legierung, die 16 bis 18% Cr, und 6 bis 8% Ni umfasst.
304 ist ein austenitischer, säurebeständiger 18/10 Cr-Ni-Stahl, der beispielsweise in den Fertigungsnormen ASTM A213, ASTM A269, ASTM A312 oder ASTM A632 beschrieben ist. 304 enthält üblicherweise 8-10,5 % Nickel, 18-20 % Chrom, bis zu 2 % Mangan und bis zu 0,08 % Kohlenstoff. Eine Variante von 304 ist 304L, welches bis zu 12 % Gewicht Nickel enthält.
Nitinol ist eine Nickel-Titan-Legierung mit Formgedächtnis mit einer geordnet-kubischen Kristallstruktur und einem Nickelanteil von etwa 55%, wobei der übrige Anteil aus Titan besteht. Nitinol weist gute Eigenschaften in Bezug auf Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit auf. Soweit nicht anders angegeben, sind hierin alle Prozent-Angaben als Massenprozent (Gewichts%) zu verstehen.
Das Rohr kann beispielsweise durch im Stand der Technik bekannte Ziehverfahren aus einem Metalldraht hergestellt werden. Grundsätzlich kann das Rohr durch jedes gängige Metallverarbeitungsverfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann auch ein Spritzgussverfahren verwendet werden. Wenn das Rohr aus einem anderen Material als einem Metall besteht, können andere Verfahren geeignet sein, die dem Fachmann zur Formung dieses Materials bekannt sind.
In einer Ausführungsformen kann das Rohr aus mehreren Metalldrähten zusammengefügt werden, wie es hierin nachfolgend ausführlicher beschrieben ist. Diese Metalldrähte können aus denselben Materialien bestehen, wie es oben für das Rohr beschrieben ist.
In den Hohlraum des Rohrs wird eine Stützstruktur eingebracht. Bevorzugt kann die Stützstruktur den Hohlraum vollständig ausfüllen. Die Stützstruktur kann beispielsweise ein Metallkern sein. Bevorzugt sollte die Stützstruktur aufgrund ihrer Struktur- und/oder Materialeigenschaften so beschaffen sein, dass sich diese leicht wieder aus dem Hohlraum des Rohrs entfernen lässt, wie es hierin nachfolgend weiter beschrieben ist. Die Stützstruktur kann aus einem anderen Material als das Rohr bestehen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Stützstruktur durch ein chemisches Verfahren entfernt wird, wie es nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Die Stützstruktur kann ein unedles Metall umfassen. Geeignete Metalle zur Verwendung in der Stützstruktur sind Eisen, Molybdän, Magnesium, Kupfer, Aluminium, Zinn, Zink, Nickel, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Metalle enthält. Beispiele für eine solche Legierung sind Eisen-Nickel, Messing oder Bronze. Alternativ kann die Stützstruktur auch einen Kunststoff umfassen. Ein geeigneter Kunststoff ist beispielsweise PEEK.
Die Stützstruktur wird derart in dem Hohlraum angeordnet, dass sie das Rohr mechanisch stabilisiert. Dies bewirkt, dass sich die einzelnen Segmente im nachfolgend beschriebenen weiteren Verlauf des Verfahrens nicht relativ zueinander bewegen. Durch die innenliegende Stützstruktur kann auf eine außenliegende Stützstruktur, welche im Stand der Technik verwendet wird, verzichtet werden.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden in dem Rohr Zwischenräume geformt, sodass sich aus dem Mantel des Rohrs mehrere Segmente herausbilden, d. h. die Zwischenräume definieren eine Vielzahl von Segmenten. Diese Zwischenräume werden derart geformt, dass in der gebildeten Elektrode die einzelnen Segmente nicht elektrisch miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind die Segmente nach der Ausbildung der Zwischenräume nur noch über die Stützstruktur miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine individuelle elektrische Adressierbarkeit der einzelnen Segmente, d. h. die einzelnen Segmente können jeweils unabhängig voneinander elektrisch angesteuert werden, sodass sich die einzelnen elektrischen Signale nicht unmittelbar gegenseitig beeinflussen. Es findet also im Wesentlichen kein Übersprechen zwischen den einzelnen Segmenten statt.
Grundsätzlich können für die Formung der Zwischenräume alle für das entsprechende Material geeignete Umformungs- oder Trennverfahren verwendet werden. Insbesondere für Metalle kann beispielsweise ein Profilziehverfahren oder ein Zerspanungsverfahren, beispielsweise ein Fräsverfahren, oder ein laserbasiertes Fertigungsverfahren verwendet werden. Beispielsweise kann das Rohr gemeinsam mit der darin befindlichen Stützstruktur gezogen werden, wenn die Materialien des Rohrs und der Stützstruktur kaltverformbar sind.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Zwischenräume zwischen den einzelnen Segmenten mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt, d. h. es wird ein elektrisches isolierendes Material in die Zwischenräume eingebracht. Dadurch werden zwischen den einzelnen Segmenten elektrisch isolierende Bereiche ausgebildet. Das elektrisch isolierende Material definiert dabei mit der Oberfläche der einzelnen Segmente jeweils eine Grenzfläche. Bevorzugt füllt das elektrisch isolierende Material die Zwischenräume vollständig aus, sodass die elektrisch isolierenden Bereiche die einzelnen Segmente mechanisch stabilisieren. Diese stabilisierende Wirkung ist wichtig, damit die Struktur der segmentierten Elektrode auch dann erhalten bleibt, wenn die Stützstruktur im weiteren Verlauf des Verfahrens wieder entfernt wird. In Abwesenheit der Stützstruktur und der elektrisch isolierenden Bereiche wäre der Gesamtaufbau der segmentierten Elektrode mechanisch nicht stabil.
Das elektrisch isolierende Material kann mithilfe verschiedener Verfahren in die Zwischenräume eingebracht werden. Beispiele für geeignete Verfahren sind Extrusion, Tauchbeschichtungen (Dip Coating) oder Spritzguss. Es können auch andere Beschichtungsverfahren verwendet werden. Mithilfe eines Extrusionsverfahren kann das elektrisch isolierende Material gezielt in die Zwischenräume eingebracht werden, so dass die übrigen Oberflächen, insbesondere die Außenseite des Rohrs bzw. der Segmente, nicht mit dem elektrisch isolierenden Material beschichtet werden.
Das elektrisch isolierende Material kann ein Kunststoff sein, beispielsweise ETFE, PTFE, PFA, FEP, TPU oder PEEK. Bevorzugt ist der Kunststoff geeignet, durch ein Extrusionsverfahren in die Zwischenräume eingebracht zu werden. Bevorzugt ist das elektrisch isolierende Material medizinisch verträglich. Das elektrisch isolierende Material kann auch ein medizinisch verträgliches Silikon sein.
Das elektrisch isolierende Material kann alternativ eine Keramik sein, beispielsweise auf Al2O3- oder ZrO2-Basis. Bevorzugt wird die Keramik in Form einer plastischen keramikhaltigen Masse mittels Extrusion oder Spritzguss in die Zwischenräume zwischen den Segmenten eingebracht.
Optional können nach der Beschichtung überschüssige Teile des elektrisch isolierenden Materials entfernt werden, beispielsweise mittels Laserablation. Hierdurch kann eine glattere und/oder homogenere Oberflächenstruktur erzielt werden.
Nachdem das elektrisch isolierende Material in die Zwischenräume eingebracht ist, und sich elektrisch isolierende Bereiche ausgebildet haben, die dem Verbund eine ausreichende Stabilität verleihen, kann das Rohr geschnitten werden, sodass daraus mehrere ringförmige segmentierten Elektroden gebildet werden. Hierzu kann jedes im Fachgebiet geläufige Verfahren verwendet werden, beispielsweise mechanische Schneidverfahren oder Laserschneidverfahren.
Vor oder nach dem Schritt des Schneidens wird die Stützstruktur aus dem Rohr entfernt. Wenn die Stützstruktur vor dem Schneiden entfernt wird, kann das Schneiden mit geringerer mechanischer Kraft bzw. Laserleistung oder höherer Geschwindigkeit erfolgen. Wenn die Stützstruktur beim Schneiden noch vorhanden ist, kann eine Verformung des Rohrs beim Schneiden, insbesondere bei mechanischem Schneiden, vermieden werden.
Wenn das Material des Rohrs und der Stützstruktur dementsprechend gewählt sind, kann die Stützstruktur durch ein chemisches Verfahren entfernt werden. Dies kann beispielsweise ein nasschemisches Ätzverfahren oder ein Plasma-Ätzverfahren sein. Entsprechende Material- und Ätzsysteme sind Fachgebiet bekannt. Beispielsweise kann das Rohr aus einem Edelmetall oder einer korrosionsbeständigen Legierung gebildet sein, und die Stützstruktur kann aus einem unedlen Metall oder einer unedlen Legierung gebildet sein, sodass sich die Stützstruktur mit einer geeigneten Ätzlösung, beispielsweise eine starken Säure, selektiv entfernen lässt.
Beispiele für geeignete Säuren sind Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Peroxomonoschwefelsäure. Weitere geeignete Ätzchemikalien sind Eisenchlorid und Kupfersulfat.
Alternativ kann die Stützstruktur bei geeigneter Auswahl des Materials und/oder der Struktur mithilfe mechanischer Verfahren entfernt werden. In einer Ausführungsform können die leitfähigen Segmente und isolierenden Zwischenräume aus Materialien mit hohem Schmelzpunkt hergestellt werden, und die Stützstruktur aus einem Material mit niedrigerem Schmelzpunkt hergestellt werden, so dass die Stützstruktur durch Erwärmen schmilzt oder verdampft und dadurch entfernt werden kann.
Durch Entfernen der Stützstruktur wird im Inneren des Rohrs wieder ein leerer Hohlraum gebildet, d. h. in dem Hohlraum befindet sich kein festes Material mehr.
Weiterhin kann das Rohr an der Außenseite strukturiert werden. Beispielsweise kann so eine Struktur gebildet werden, die eingerichtet ist, die elektrische Kontaktierung der gebildeten Ringelektrode zu ermöglichen. Eine solche Struktur kann zum Beispiel eine Öffnung sein, welche die Außenseite des Rohrs mit der Innenseite des Rohrs verbindet. Eine solche durchgängige Öffnung ermöglicht eine stabile Verbindung mit einem elektrischen Leiter, beispielsweise einem Leitungsdraht. Dazu kann der Leiter durch die Öffnung geführt werden und anschließend kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rohr bzw. der Elektrode verbunden werden. Zum Beispiel kann das freie Ende eines Leiters in die Öffnung geklemmt und/oder innerhalb oder an dieser verschweißt werden.
In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die Anmeldung DE102018221355 derselben Anmelderin, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Es ist ausdrücklich beabsichtigt, dass für die in DE102018221355 beschriebenen Strukturen zur Verbindung des Rohrs mit einem Leitungsdraht im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt wird.
In einer Ausführungsform umgibt das Material des Rohrs die Öffnung vollumfänglich. Dies bedeutet, dass die Öffnung so in dem Rohr angeordnet ist, dass der darin geführte Leitungsdraht nicht lateral aus der Öffnung bewegt werden kann, ohne ihn zuvor entlang der Längsachse der Öffnung zu bewegen. Dadurch wird eine stabile und ermüdungsfreie Befestigung des Leiters an dem Rohr ermöglicht. Zum Beispiel kann die Öffnung im Wesentlichen zentral in der Wand des Rohrs, also in der Mantelfläche der Elektrode bzw. des Rohrs angeordnet sein. Dadurch ist die Verbindung zwischen dem Leitungsdraht und des Rohrs und der daraus hergestellten Elektrode stabiler und ermüdungsfrei. In einer Ausführungsform berührt die Öffnung also nicht den äußeren Rand der Elektrode bzw. des Rohrs. In einer anderen Ausführungsform wird der Leiter am Rand der Elektrode befestigt.
In einer Ausführungsform erstreckt die Öffnung sich durchgängig von der Innenseite zur Außenseite. Dies ermöglicht es, ein freies Ende des Leiters vollständig durch die Mantelfläche des Rohrs hindurch zu führen. Dies ermöglicht eine besonders stabile Befestigung des Leiters an dem Rohr. Auch ist die Ausführung dieser Befestigung so leichter zu erzielen.
Hierbei kann der elektrische Leiter durch die Öffnung von der Innenseite zur Außenseite geführt sein, so dass ein Ende des Leiters schlüssig mit der Außenseite abschließt.
In einer Ausführungsform weist die Öffnung einen variierenden Durchmesser auf. Beispielsweise kann die Öffnung kegelförmig sein. Bevorzugt kann die Öffnung auf der Außenseite einen kleineren Durchmesser aufweisen als auf der Innenseite. Wenn die Öffnung sich von der Innenseite zur Außenseite des Rohrs verjüngt, bevorzugt kontinuierlich verjüngt, kann dies beispielsweise zur verbesserten Führung des Leiters durch die Öffnung dienen.
Die Öffnung ist quer zur Längsachse des Rohrs geführt. Die Öffnung kann sich entweder rechtwinklig zur Längsachse des Hohlraums des Rohrs, oder in einem davon abweichenden Winkel dazu erstrecken. „Quer“ bedeutet hierin, dass zwei Achsen zueinander nicht parallel verlaufen, also in einem Winkel zueinander angeordnet sind, der von 0° oder 180° abweicht, beispielsweise ein Winkel von 1° bis 179°. Beispielsweise kann die Längsachse der Öffnung in einem Winkel von 1° bis 179° zur Längsachse des Hohlraums des Rohrs angeordnet sein. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 2° bis 188°, 5° bis 185° oder 10° bis 170°. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 20° bis 160°. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 40° bis 140°. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 80° bis 110°.
Die Öffnung kann an ihrer Oberfläche, d.h. an der Außenseite oder der Innenseite des Rohrs unterschiedliche Formen aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Öffnung im Wesentlichen kreisförmig. In einer weiteren Ausführungsform ist die Öffnung an der Oberfläche im Wesentlichen elliptisch. In einer weiteren Ausführungsform weist die Öffnung an der Oberfläche die Form eines abgerundeten Dreiecks auf, dessen Spitze in Richtung des freien Endes des Leiters angeordnet ist.
In einer Ausführungsform weist die Öffnung an der Oberfläche einen Durchmesser senkrecht zu ihrer Längsrichtung von weniger als 0,2 mm auf. In einer weiteren Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung kleiner als 0,1 mm. Der Durchmesser beträgt mindestens 10 Mikrometer. In einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung größer als der Durchmesser des Leiters. In einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung größer als der Durchmesser des Leiters, oder größer als der Durchmesser des dünnsten Drahts des Leiters.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Rohr, und folglich auch die daraus gebildete Elektrode, mehrere Öffnungen. Diese Öffnungen können sich bezüglich ihrer jeweiligen Längsachse im Wesentlichen parallel zu einander, oder in einem Winkel zueinander erstrecken. Die Längsachse der Öffnung verläuft von der Innenseite zur Außenseite des Rohrs.
In einer Ausführungsform weist die Öffnung einen Anschlag auf, um ein Ende des Leiters, bevorzugt das freie Ende, zu halten. Zum Beispiel kann der Leiter so geführt sein, dass dieser an dem Anschlag anstößt. Hierdurch kann eine bessere Fixierung des Leiters erzielt werden.
In einer Ausführungsform beinhaltet die aus dem Rohr gebildete Elektrode eine weitere Öffnung, beispielsweise insgesamt 2, 3, 4, 5, 6, 10 oder mehr als 10 Öffnungen.
VERBINDUNG DES ROHRS MIT DEM LEITER
Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten oder Weichlöten erzielt werden. In einer Ausführungsform ist die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung. Die Schweißverbindung kann beispielsweise mittels Laserschweißen erzielt werden. Durch das Aufschmelzen des Leiters im Zuge des Verschweißens kann die Öffnung in dem Rohr vollständig verschlossen werden. Hierdurch kann das Eindringen von Flüssigkeiten oder anderen Kontaminationen in die Öffnung vermieden werden. Zudem können somit scharfe Kanten oder Grate der Außenseite der Öffnung überlagert und somit geglättet werden.
In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit dem Rohr innerhalb der Öffnung kraftschlüssig verbunden. Diese kraftschlüssige Verbindung kann durch Klemmen mit einer Pinzette, Crimpen oder Swagen (Gesenkschmieden) oder andere mechanische Verpressungsverfahren erzielt werden, die im Fachgebiet bekannt sind. Einige geeignete Verfahren sind in EP3185248A1 beschrieben. Auch vergleichbare Verfahren, die dem Fachmann in diesem Zusammenhang bekannt sind, können verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit dem Rohr innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig verbunden. In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit dem Rohr innerhalb der Öffnung unmittelbar kraftschlüssig verbunden. In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit dem Rohr innerhalb der Öffnung sowohl unmittelbar stoffschlüssig, als auch unmittelbar kraftschlüssig verbunden. In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit dem Rohr innerhalb der Öffnung unmittelbar stoffschlüssig, aber nicht kraftschlüssig verbunden.
Weiterhin kann der elektrische Leiter mit dem Rohr innerhalb der Öffnung auch formschlüssig verbunden sein. In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit dem Rohr innerhalb der Öffnung unmittelbar formschlüssig verbunden.
In einer Ausführungsform ist der elektrische Leiter mit dem Rohr stoffschlüssig, aber nicht kraftschlüssig, verbunden. Der elektrische Leiter kann auch ausschließlich stoffschlüssig mit dem Rohr verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung ist bevorzugt eine Schweißverbindung. Durch eine ausschließlich stoffschlüssige Verbindung wird eine Verformung dem Rohr vermieden, und gleichzeitig eine sehr stabile, dauerhafte und gut leitfähige Verbindung zwischen dem Leiter und der Elektrode erzielt. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Elektrode eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit aufweist und diese auch nach der Kontaktierung mit dem Leiter beibehalten soll. Beispielsweise können so besonders glatte und in ihrer Geometrie präzise definierte Elektrodenoberflächen erzielt werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Öffnung kann die Elektrode eine Struktur in Form einer Nut aufweisen. Auf diese Weise kann ein Leitungsdraht kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rohr verbunden werden, ohne dass der Leitungsdraht dazu ein freies Ende aufweisen muss. Dazu kann der Leitungsdraht in die Nut geklemmt und/oder verschweißt werden. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die Anmeldung DE102018221635 derselben Anmelderin, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Es ist ausdrücklich beabsichtigt, dass für die in DE102018221635 beschriebenen Strukturen zur Verbindung dem Rohr mit einem Leitungsdraht im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt wird.
Eine Struktur kann beispielsweise mittels Laserbohren, Funkenerosion oder Zerspanungsverfahren erzeugt werden. In einer Ausführungsform weisen mehrere Segmente eine Struktur auf, wie sie oben beschrieben ist. In einer Ausführungsform weist jedes der Segmente mindestens eine solche Struktur auf. Bevorzugt wird jedes Segment mittels der Struktur mit einem anderen Leiter verbunden. Dies ermöglicht es, dass jedes Segment individuell elektrisch adressierbar ist. Mit einer segmentierten Elektrode, bei dem jedes Segment individuell elektrisch adressierbar ist, können von mehreren Segmenten unabhängig voneinander unterschiedliche elektrische Signale abgegeben oder empfangen werden, ohne dass sich diese Signale gegenseitig beeinflussen.
In einer Ausführungsform können von verschiedenen Segmenten Signale in unterschiedliche Richtungen abgegeben werden, oder Signale aus unterschiedlichen Richtungen empfangen werden. In einer Ausführungsform sind die Segmente eingerichtet und angeordnet, um Signale in unterschiedliche Richtungen abzugeben, oder Signale aus unterschiedlichen Richtungen zu empfangen. In einer Ausführungsform sind die Segmente zu diesem Zweck an unterschiedlichen umlaufenden Positionen des Rohrs angeordnet. In einer Ausführungsform sind die Segmente in unterschiedlichen radialen Winkeln zur Hauptachse des Rohrs angeordnet.
In einer Ausführungsform kann das Rohr zusätzlich beschichtet werden. Insbesondere kann die Oberfläche der Außenseite des Rohrs, oder die äußere Oberfläche der einzelnen Segmente, beschichtet werden. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise die Biokompatibilität oder die elektrischen Eigenschaften der Elektrode verbessern. Eine Beschichtung kann eine niedrigere Impedanz bewirken oder den elektrischen Kontakt zwischen Leiter und Elektrode, oder den elektrischen Kontakt mit dem Körper eines Lebewesens verbessern. TiN, Ir, IrO_x, Pt oder leitfähige Polymere, zum Beispiel leitfähige Polymere auf Thiophen-Basis, wie beispielsweise Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) oder die in WO/2015/031265 (hiermit durch Bezugnahme vollständig einbezogen) beschriebenen leitfähigen Polymere, können für eine solche Beschichtung verwendet werden. Es ist ausdrücklich beabsichtigt, dass für die in WO/2015/031265 beschriebenen leitfähigen Polymere auf Thiophen-Basis im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt wird.
Eine Beschichtung mit Metallen oder Legierungen kann beispielsweise mittels PVD, CVD oder elektrochemischer Abscheidung vorgenommen werden.
In einer Ausführungsform wird die Grenzfläche zwischen den Segmenten und den elektrisch isolierenden Bereichen strukturiert, sodass die Verbindung zwischen den Segmenten und den elektrisch isolierenden Bereichen verbessert wird. Beispielsweise können Erhebungen, Vertiefungen oder Hinterschneidungen an den Segmenten im Bereich dieser Grenzflächen erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Grenzfläche aufgeraut werden. Durch solche Strukturen und aufgeraute Oberflächen vergrößert sich die Oberfläche der Grenzflächen, sodass die Stabilität der segmentierten Elektrode verbessert wird, da eine höhere Adhäsionskraft zwischen den Segmenten und den elektrisch isolierenden Bereichen wirkt. In einer Ausführungsform werden die Zwischenräume, einschließlich der Strukturen, vollständig mit dem elektrisch isolierenden Material gefüllt. Optional kann die Verbindung der Segmente mit den elektrisch isolierenden Bereichen durch einen weiteren Verfahrensschritt, beispielsweise mittels Laserschweißen, weiter verbessert werden.
In einer Ausführungsform sind die elektrisch isolierenden Bereiche durch Verflüssigung des elektrisch isolierenden Materials stoffschlüssig mit den Segmenten verbunden. Dies bedeutet, dass das elektrisch isolierende Material in flüssiger Form in die Zwischenräume zwischen den Segmenten eingebracht wird, und sich anschließend dort verfestigt. Das Material der Segmente bleibt dabei unverändert. Insbesondere im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Strukturierung der Grenzfläche verbessert sich hierdurch die Stabilität der segmentierten Elektrode, da die Segmente und die elektrisch isolierenden Bereiche fester miteinander verbunden werden. In einer Ausführungsform werden die Segmente und die elektrisch isolierenden Bereiche durch Verflüssigung des elektrisch isolierenden Materials jeweils stoffschlüssig miteinander verbunden.
In einer Ausführungsform sind die elektrisch isolierenden Bereiche formschlüssig mit den Segmenten verbunden. Die formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinandergreifen eines Segmentes und eines elektrisch isolierenden Bereichs. Dadurch können sich Segment und elektrisch isolierender Bereich auch ohne eine zusätzliche stabilisierende Kraft oder Struktur nicht voneinander lösen. In einer Ausführungsform weisen Segmente und isolierende Bereiche zueinander komplementäre Strukturen auf, welche eine formschlüssige Verbindung zueinander ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren wie oben dargelegt offenbart, wobei die Stützstruktur ein Bestandteil einer Vorrichtung ist, die dazu eingerichtet ist, das Rohr aus mehreren Drähten zu formen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:

a. Bereitstellen einer Vielzahl von Drähten,
b. Einlegen der Drähte in die Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Stützstruktur aufweist,
c. Zusammenfügen der Drähte zu einem Rohr mithilfe der Vorrichtung, wobei in dem Rohr aus den Drähten jeweils Segmente gebildet werden, welche jeweils durch Zwischenräume voneinander getrennt sind, wobei die Stützstruktur das Rohr mechanisch stabilisiert,
d. Ausfüllen der Zwischenräume mit einem elektrisch isolierenden Material, sodass aus dem Material zwischen den Segmenten jeweils elektrisch isolierende Bereiche ausgebildet werden,
e. Entfernen der Stützstruktur aus dem Rohr,
f. Schneiden des Rohrs, sodass daraus mehrere Ringelektroden gebildet werden.

Ein weiterer Aspekt betrifft eine Elektrode, die nach einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Eine solche Elektrode kann sich beispielsweise dadurch auszeichnen, dass die elektrisch isolierenden Bereiche und die Segmente fester miteinander verbunden sind als bei einer Elektrode gemäß dem Stand der Technik. In einer Ausführungsform beinhaltet die Elektrode mehrere Segmente, wobei jedes Segment mit einem anderen Leiter verbunden ist, beispielsweise mithilfe einer Struktur, wie sie hierin oben beschrieben ist. Dies ermöglicht es, dass jedes Segment individuell elektrisch adressierbar ist. Mit einer segmentierten Elektrode, bei dem jedes Segment individuell elektrisch adressierbar ist, können von mehreren Segmenten unabhängig voneinander unterschiedliche elektrische Signale abgegeben oder empfangen werden, ohne dass sich diese Signale gegenseitig beeinflussen.
In einem weiteren Aspekt wird ein elektrisches medizintechnisches Gerät bereitgestellt, aufweisend eine Elektrode gemäß einem der vorangehenden Aspekte und Ausführungsformen davon.
Das elektrische medizintechnische Gerät kann z.B. ein Lead, Pulsgenerator, Herzschrittmacher, Herzresynchronisationsgerät, Sensor oder Stimulator sein. Leads sind elektrische Leitungen, die zum Beispiel in medizintechnischen Anwendungen wie Neuromodulation, Herzstimulation, Tiefenhirnstimulation, Rückenmarkstimulation, oder Magenstimulation Verwendung finden können. In einer Ausführungsform ist das Lead eingerichtet und/oder dazu bestimmt, mit einem Generator einer aktiven implantierbaren Vorrichtung verbunden zu sein. Ein Lead kann auch in einem medizintechnischen Gerät zur Aufnahme eines elektrischen Signals verwendet werden. Ein Stimulator ist ein medizintechnisches Gerät, das durch Abgabe eines elektrischen Signals an den Körper eines Lebewesens eine physiologische Wirkung erzielen kann. Beispielsweise kann ein Neurostimulator durch Abgabe eines elektrischen Signals an eine Nervenzelle ein elektrisches Signal in der Nervenzelle (z.B. ein Aktionspotential) bewirken.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Mikroelektrode oder ein Mikroelektrodenarray, das ein hierin beschriebenes System beinhaltet.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Diagnostizierverfahren im oder am Körper eines Lebewesens, aufweisend die Aufnahme eines elektrischen Signals mittels der hierin beschriebenen Elektrode.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung der hierin beschriebenen Elektrode in einem Diagnostizierverfahren im oder am Körper eines Lebewesens, aufweisend die Aufnahme eines elektrischen Signals mittels der Elektrode.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein therapeutisches Verfahren im oder am Körper eines Lebewesens, aufweisend die Abgabe eines elektrischen Signals mittels der hierin beschriebenen Elektrode.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung der hierin beschriebenen Elektrode in einem therapeutischen Verfahren im oder am Körper eines Lebewesens, aufweisend die Abgabe eines elektrischen Signals mittels der Elektrode.
Das therapeutische Verfahren kann die Abgabe eines elektrischen Signals an Nervenzellen oder Muskelzellen im Bereich eines Organs umfassen, beispielsweise Herz, Muskel, Magen oder Gehirn.
Das diagnostische Verfahren kann die Aufnahme eines elektrischen Signals von Nervenzellen oder Muskelzellen im Bereich eines Organs umfassen, beispielsweise Herz, Muskel oder Gehirn.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, die jedoch nicht als einschränkend zu verstehen sind. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass anstelle der hier beschriebenen Merkmale andere äquivalente Mittel in ähnlicher Weise verwendet werden können.
Figurenliste

1 zeigt einen ersten Schritt des hierin beschriebenen Verfahrens, in welchem ein Rohr aus Metall bereitgestellt wird.
2 zeigt einem zweiten Schritt des Verfahrens, in welchem eine Stützstruktur in dem Rohr angeordnet wird.
3 zeigt einen dritten Schritt des Verfahrens, in welchem Zwischenräume in dem Rohr geformt werden.
4 zeigt einen vierten Schritt des Verfahrens, in welchem ein elektrisches isolierendes Material in die Zwischenräume eingebracht wird.
5 zeigt einen fünften Schritt des Verfahrens, in welchem das Rohr geschnitten wird, um daraus mehrere segmentierten Elektroden zu bilden.
6 zeigt einen sechsten Schritt des Verfahrens, in welchem die Stützstruktur aus dem Rohr entfernt wird, um eine segmentierte Elektrode mit einem Hohlraum zu bilden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In einem ersten Schritt des hierin beschriebenen Verfahrens wird ein Rohr 100 aus Metall bereitgestellt, wie in 1A und 1B gezeigt. 1A zeigt einen Querschnitt durch das Rohr, 1B zeigt eine Aufsicht auf das Rohr. Das Rohr weist eine Außenseite 101 und eine Innenseite 102 auf, wobei die Innenseite 102 des Rohrs 100 einen Hohlraum 103 bildet. Das Rohr 100 besteht bevorzugt aus einem Metall, wie hierin oben beschrieben. Dieses Metall kann eine Metalllegierung sein. Es können jedoch andere geeignete elektrisch leitfähige, feste Materialien verwendet werden, die hierin beschrieben sind. Das Rohr 100 kann aus mehreren Drähten zusammengefügt werden, wie es hierin weiterhin ausführlicher beschrieben ist.
In dem Hohlraum 103 des Rohrs 100 wird eine Stützstruktur 103 angeordnet, wie es in 2A und 2B gezeigt ist. 2A zeigt einen Querschnitt durch ein Rohr 100, in welchem eine Stützstruktur 110 angeordnet ist. 2B zeigt eine Aufsicht desselben Verfahrensschritts. Bevorzugt füllt die Stützstruktur 110 den Hohlraum 103 vollständig aus, um eine gute mechanische Stabilisierung des Rohrs zu erreichen. Die Stützstruktur 110 wird bevorzugt aus einem anderen Material gebildet als das Rohr 100.
Die Stützstruktur 110 unterscheidet sich in seinen mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften von dem Rohr 100, sodass es möglich ist, die Stützstruktur 110 aus dem Rohr 100 zu entfernen, nachdem die elektrisch isolierenden Bereiche (4A, 140a, 140b, 140c) eingebracht sind. Bevorzugt kann die Stützstruktur 110 durch ein chemisches Verfahren aus dem Rohr 100 entfernt werden, ohne dass sich das Rohr 100 dabei verändert. Dies ist beispielsweise durch ein materialselektives Ätzverfahren möglich, wie es im Fachgebiet bekannt und hierin oben beschrieben ist. Das Ätzverfahren kann ein nasschemisches Ätzverfahren oder ein Plasma-Ätzverfahren sein. In einer anderen Ausführungsform wird die Stützstruktur 110 mechanisch entfernt. In einer Ausführungsform werden sowohl mechanische als auch chemische Verfahren verwendet, um die Stützstruktur 110 zu entfernen, beispielsweise ein Ätzverfahren in Verbindung mit Ultraschall. In einer Ausführungsform wird die Stützstruktur durch Erhitzen entfernt, beispielsweise in dem das Rohr auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher ist als der Schmelzpunkt des Materials der Stützstruktur 110, aber niedriger als der Schmelzpunkt des Materials des Rohrs 100.
3A (Querschnitt) und 3B (Aufsicht) zeigen einen weiteren Schritt des Verfahrens, in welchem in dem Rohr 100 Zwischenräume 130a, 130b, 130c geformt werden. Dies kann beispielsweise mithilfe eines Ziehverfahrens geschehen. Das Rohr kann gemeinsam mit der enthaltenen Stützstruktur 110 dem entsprechenden formgebenden Verfahren, zum Beispiel einem Ziehverfahren, unterzogen werden. Die Zwischenräume 130a, 130b, 130c definieren eine Vielzahl von Segmenten 120a, 120b, 120c in dem Rohr 100, d. h. das Rohr 100 wird in mehrere voneinander elektrisch isolierte Bereiche, die Segmente 120a, 120b, 120c, aufgeteilt. Bevorzugt sind die Segmente 120a, 120b, 120c nach der Ausbildung der Zwischenräume 130a, 130b, 130c nur noch über die Stützstruktur 110 miteinander verbunden.
4A (Querschnitt) und 4B (Aufsicht) zeigen einen weiteren Schritt des Verfahrens, in welchem ein elektrisch isolierendes Material in die Zwischenräume 130a, 130b, 130c eingebracht wird. Dadurch werden elektrisch isolierende Bereiche 140a, 140b, 140c ausgebildet, welche die Segmente 120a, 120b, 120c verbinden und mechanisch stabilisieren, sodass sie relativ zueinander in einer festen Position gehalten werden. Zwischen den Segmenten 120a, 120b, 120c und den elektrisch isolierenden Bereichen 140a, 140b, 140c werden jeweils Grenzflächen 170 definiert. Die Grenzflächen 170 können eine Struktur aufweisen, welche die Verbindung der Segmente 120a, 120b, 120c mit dem elektrisch isolierenden Material verbessert. Dies kann beispielsweise eine Erhöhung, Vertiefung und/oder eine Stufenstruktur sein, wie sie in 4A gezeigt ist. Die Stufenstruktur kann einen Winkel von 90°, oder einen davon abweichenden Winkel aufweisen. In einer Ausführungsform weist die Stufenstruktur einen Winkel von weniger als 90 Grad, weniger als 75° oder weniger als 45° auf, sodass die Segmente 120a, 120b, 120c spitze Vorsprünge aufweisen, welche in die elektrisch isolierenden Bereiche 140a, 140b, 140c hineinragen. Die Grenzflächen 170 können auch Hinterschneidungen umfassen. Hierdurch wird eine stabile Verbindung mit den elektrisch isolierenden Bereichen 140a, 140b, 140c ermöglicht. Das elektrisch isolierende Material kann beispielsweise ein schmelzbarer Kunststoff sein, welcher geschmolzen und in flüssiger Form, beispielsweise mittels Extrusion, in die Zwischenräume 130a, 130b, 130c eingebracht wird. Dadurch wird ermöglicht, dass der schmelzflüssige Kunststoff die Grenzflächen 170 vollständig bedeckt und umschließt, und die Zwischenräume 130a, 130b, 130c vollständig mit dem elektrisch isolierenden Material gefüllt werden. Hierdurch erfolgt eine starke Adhäsion zwischen dem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, und dem Material der Segmente 120a, 120b, 120c, beispielsweise einem Metall. Optional kann diese Verbindung durch einen weiteren Verfahrensschritt, beispielsweise mittels Laserschweißen, weiter verbessert werden.
5 zeigt einen weiteren Schritt des Verfahrens, wobei das Rohr 100 geschnitten wird, sodass daraus mehrere segmentierte ringförmige Elektroden gebildet werden. Das Rohr 100 kann gemeinsam mit der darin enthaltenen Stützstruktur 110 geschnitten werden, wie es in 5 gezeigt ist. Alternativ ist es möglich, das Rohr erst nach der Entfernung der Stützstruktur 110 zu schneiden. Durch das Schneiden des Rohrs 100 in mehrere Teile kann eine Vielzahl von Elektroden in einem einzigen Verfahrensdurchlauf hergestellt werden. Durch geeignete Wahl der Abstände können entweder gleichartige Elektroden, oder Elektroden unterschiedlicher Länge aus demselben Rohr 100 hergestellt werden. Durch Variierung der Oberflächenstruktur in verschiedenen Abschnitten des Rohrs 100 ist es auch möglich, aus demselben Rohr 100 Elektroden mit unterschiedlicher Oberflächenstruktur herzustellen. Hierzu kann die Außenseite 101 des Rohrs 100 vor oder nach dem Schneiden an verschiedenen Stellen unterschiedlich geformt oder beschichtet werden, wie es hierin oben ausführlicher beschrieben ist. Das Schneiden des Rohrs 100 kann beispielsweise durch mechanisches Schneiden (beispielsweise mit einem Schneidmesser, einer Fräse oder einem Trennschleifer) oder Laserschneiden durchgeführt werden. Das Rohr 100 wird dabei bevorzugt in einem rechten Winkel zur Längsachse des Rohrs in mehrere Teile geschnitten, sodass eine Vielzahl von Elektroden entsteht.
Vor oder nach dem Schneiden wird die Stützstruktur 110 aus dem Rohr 100 entfernt. Hierzu werden bevorzugt die unterschiedlichen Materialeigenschaften der Stützstruktur 110 des Rohrs 100 ausgenutzt, d. h. es wird ein materialselektives Verfahren verwendet. Beispielsweise kann ein materialselektives Ätzverfahren verwendet werden, welches hierin oben ausführlicher beschrieben ist. Ein solches Ätzverfahren macht sich eine chemische Reaktion mit dem Material der Stützstruktur 110 zunutze, wobei das Ätzverfahren unter Bedingungen durchgeführt wird, unter denen das Material des Rohrs 100 nicht oder im Wesentlichen nicht von der Ätzlösung angegriffen und entfernt wird. Für viele gängige Materialien sind geeignete materialselektive Ätzverfahren bekannt. Beispielsweise kann ein unedles Metall mithilfe einer konzentrierten starken Säure entfernt werden, ohne dass ein edles Metall von der Säure entfernt wird. Gegebenenfalls können geeignete Parameter mithilfe einfacher Versuche ermittelt werden, wobei systematisch Säurekonzentration, Temperatur und Dauer des Ätzvorgangs variiert werden. Alternativ können andere geeignete materialselektive oder nicht materialselektive Verfahren verwendet werden, um Stützstruktur 110 aus dem Rohr 100 zu entfernen. Beispielsweise kann das Material der Stützstruktur bei einer erhöhten Temperatur verflüssigt oder verbrannt werden, bei welcher das Material des Rohrs 100 noch stabil ist. Beispielsweise können hierzu Metalle oder Legierungen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, zum Beispiel Blei für die Stützstruktur 110 und Platin für das Rohr 100, verwendet werden. Materialselektive chemische Verfahren stellen eine besonders effektive Methode zur Entfernung der Stützstruktur 110 dar.
Eine durch das Verfahren hergestellte Elektrode ist in 6 gezeigt. Die Elektrode besitzt jeweils mehrere voneinander elektrisch isolierte Segmente 120a, 120b, 120c, welche jeweils über dazwischen liegende elektrisch isolierende Bereichen 140a, 140b, 140c miteinander verbunden sind. Die elektrisch isolierte Segmente 120a, 120b, 120c sind mit den dazwischen liegenden elektrisch isolierenden Bereichen 140a, 140b, 140c derart verbunden, dass die daraus gebildete Elektrode auch ohne die Stützstruktur 110 mechanisch stabil ist, und insbesondere die elektrisch isolierten Segmente 120a, 120b, 120c nicht relativ zueinander bewegbar oder entfernbar sind. Die einzelnen elektrisch isolierten Segmente 120a, 120b, 120c können unabhängig voneinander elektrisch adressierbar sein.
In einer Ausführungsform wird das Rohr 100 aus mehreren Drähten (in den Figuren nicht gezeigt) in einer Vorrichtung zusammengefügt, wobei die Vorrichtung eine Stützstruktur 110 enthält, welche die einzelnen Drähte stabilisiert, und dadurch in einer konstanten Position zueinander hält. In derselben Vorrichtung werden auch die Zwischenräume 130a, 130b, 130c mit einem elektrisch isolierenden Material ausgefüllt, sodass aus dem Material elektrisch isolierende Bereiche (siehe nachfolgend 4A, 140a, 140b, 140c) ausgebildet werden. Das Ausfüllen der Zwischenräume 130a, 130b, 130c wird durchgeführt, während die einzelnen Drähte in der Vorrichtung durch die Stützstruktur 110 stabilisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3284509 A1 [0004]
EP 3024535 B1 [0005]
US 20140296951 A1 [0006]
DE 102018221355 [0028]
EP 3185248 A1 [0030]
DE 102018221635 [0033]
WO /2015/031265 [0035]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 1.4310 [0016]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer segmentierten Elektrode, aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Rohrs (100) aus Metall, aufweisend eine Außenseite (101) und eine Innenseite (102), wobei die Innenseite (102) des Rohrs (100) einen Hohlraum (103) bildet, b. Anordnen einer Stützstruktur (110) in dem Hohlraum (103), sodass die Stützstruktur (110) das Rohr (100) mechanisch stabilisiert, c. Formen von Zwischenräumen (130a, 130b, 130c) in dem Rohr (100), welche eine Vielzahl von Segmenten (120a, 120b, 120c) in dem Rohr (100) definieren, d. Einbringen eines elektrisch isolierenden Materials in die Zwischenräume (130a, 130b, 130c), und dadurch Ausbilden von elektrisch isolierenden Bereichen (140a, 140b, 140c), wobei zwischen den Segmenten (120a, 120b, 120c) und den Bereichen (140a, 140b, 140c) jeweils eine Grenzfläche (170) definiert wird. e. Schneiden des Rohrs (100), sodass daraus mehrere segmentierte ringförmige Elektroden gebildet werden, f. Entfernen der Stützstruktur (110) aus dem Rohr (100).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stützstruktur (110) und das Rohr (100) unterschiedliche Materialien aufweisen, oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stützstruktur (110) ein Nicht-Edelmetall, bevorzugt Eisen, Molybdän, Magnesium, Kupfer, Aluminium, Zinn, Zink, Nickel, oder eine Legierung daraus, aufweist, oder daraus besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Entfernens der Stützstruktur (110) aus dem Rohr (100) ein chemisches Verfahren, bevorzugt ein Ätzverfahren, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Außenseite (101) des Rohrs (100) weiterhin strukturiert wird, um eine Struktur (150) auf der Außenseite (101) des Rohrs (100) auszubilden und wobei die Struktur (150) eingerichtet wird, die elektrische Kontaktierung der gebildeten Ringelektrode zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Struktur (150) eine Öffnung ist, die die Außenseite (101) mit der Innenseite (102) des Rohrs (100) verbindet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Außenseite (101) des Rohrs (100) zusätzlich beschichtet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche (140a, 140b, 140c) durch Extrusion oder Tauchbeschichtung gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche (140a, 140b, 140c) einen extrudierfähigen Kunststoff, bevorzugt ETFE, PTFE, PFA, FEP, TPU oder PEEK, aufweisen, oder daraus bestehen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Segmente (120a, 120b, 120c) jeweils an der Grenzfläche (170) strukturiert werden, so dass die Verbindung zwischen den Segmenten (120a, 120b, 120c) und den elektrisch isolierenden Bereichen (140a, 140b, 140c) verbessert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Segmente (120a, 120b, 120c) und die elektrisch isolierenden Bereiche (140a, 140b, 140c) durch Verflüssigung des elektrisch isolierenden Materials jeweils stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verfahrensschritte in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f oder a, b, c, d, f, e durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Stützstruktur (110) ein Bestandteil einer Vorrichtung ist, die dazu eingerichtet ist, das Rohr (100) aus mehreren Drähten zu formen.
Verfahren nach Anspruch 13, aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen einer Vielzahl von Drähten, b. Einlegen der Drähte in die Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Stützstruktur (110) aufweist, c. Zusammenfügen der Drähte zu einem Rohr (100) mithilfe der Vorrichtung, wobei in dem Rohr aus den Drähten jeweils Segmente (120a, 120b, 120c) gebildet werden, welche jeweils durch Zwischenräume (130a, 130b, 130c) voneinander getrennt sind, wobei die Stützstruktur (110) das Rohr (100) mechanisch stabilisiert, d. Ausfüllen der Zwischenräume (130a, 130b, 130c) mit einem elektrisch isolierenden Material, sodass aus dem Material zwischen den Segmenten (120a, 120b, 120c) jeweils elektrisch isolierende Bereiche (140a, 140b, 140c) ausgebildet werden, e. Entfernen der Stützstruktur (110) aus dem Rohr (100), f. Schneiden des Rohrs (100), sodass daraus mehrere Ringelektroden gebildet werden.
Ringelektrode, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Medizintechnisches Gerät, aufweisend eine Ringelektrode nach Anspruch 15, wobei das medizintechnische Gerät eingerichtet ist, mit Hilfe der Ringelektrode ein elektrisches Signal an den menschlichen Körper abzugeben, oder ein elektrisches Signal vom menschlichen Körper zu empfangen.