EA029491B1

EA029491B1 - Медицинский микроэлектрод для имплантации и его применение

Info

Publication number: EA029491B1
Application number: EA201492080A
Authority: EA
Inventors: Йенс Шойенборг
Original assignee: Нейронано Аб
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2018-04-30
Also published as: JP6174694B2; AU2013277814A1; JP2015523895A; WO2013191612A1; US20150151107A1; EP2863990B1; HK1205969A1; KR102234778B1; CN104411360A; BR112014032313A2; BR112014032313B1; US10315027B2; IN2014MN02483A; EP2863990A1; EP2863990A4; CA2877485C; CA2877485A1; US11090483B2; DK2863990T3; EA201492080A1

Abstract

Прото-микроэлектрод, из которого микроэлектрод сформирован в месте нахождения (in situ) после введения прото-микроэлектрода в мягкую ткань, содержащий гибкое продолговатое тело электрода из электрически проводящего материала, имеющее передний конец и задний конец. Тело электрода содержит металл, или металлический сплав, или электрически проводящую разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинацию. Первая оболочка из растворимого в воде, и/или набухающего, и/или разлагаемого материала расположена на теле и проходит вдоль него, по меньшей мере, поверх дистальной части. Вторая оболочка из электрически изолированного нерастворимого в воде гибкого полимерного материала расположена на первой оболочке. Вторая оболочка содержит одно или большее количество сквозных отверстий, расположенных на ее ближнем конце или рядом с ним. Также описан соответствующий микроэлектрод.

Description

Настоящее изобретение относится к медицинскому прото-микроэлектроду, предназначенному для полного или частичного размещения в мягкой ткани, к микроэлектроду, размещенному таким образом, к способу выполнения прото-микроэлектрода и к его использованию. Кроме того, настоящее изобретение относится к пучкам и матрицам, содержащим два или большее количество прото-электродов согласно настоящему изобретению, и к соответствующим пучкам и матрицам микроэлектродов, размещенных полностью или частично в мягкой ткани.

Уровень техники

Микроэлектроды, предназначенные для имплантации в мягкую ткань, в частности в ткань центральной нервной системы, обладают широкой областью применения (Нейрокомпьютерные интерфейсы. Применения для науки, клинической практики и общества. §сЬоиепЬог§ 1., Саг\\ю/ М. апб ЭашеЕеп N. (ебз.), Ргодгезз ίη Вгаш КезеагсЬ, Е15еу1ег §аепсе ЬЙ. 2011, ΙδΒΝ 13: 978-0-444-53815-4). В принципе, все нервные центры мозга могут быть измерены или стимулированы такими электродами и их функции отслежены. Особенно интересны многоканальные электроды для стимуляции нервных центров мозга. В конструкции многоканального электрода к группам электродов или даже к отдельным электродам можно обращаться по отдельности. Это позволяет пользователю выбирать те электроды, возбуждение которых оказывает терапевтическое воздействие, что лучше неизбирательного возбуждения. Стимуляция головного мозга или спинного мозга может быть особенно важна в ситуациях деградации или повреждения нервных центров мозга. Многоканальная конструкция может обеспечивать возможность эффективного измерения влияния относящегося ко всему организму или местного введения лекарства или передачи генов на нейронах головного мозга и спинного мозга. Контроль мозговой активности посредством имплантированных электродов может быть использован для управления доставкой лекарственных средств локально или ко всему организму или управления электростимуляцией нервных центров мозга. Кроме того, многоканальные электроды могут быть использованы для поражения определенных мест в ткани после обнаружения патологической электрической активности теми же самыми электродами.

Имплантированный микроэлектрод должен оказывать как можно меньшее воздействие на смежную ткань. Поскольку головной мозг, спинной мозг и периферическая нервная система проявляют значительные перемещения, вызываемые перемещениями тела, сердцебиением и дыханием, важно, чтобы имплантированный электрод мог следовать за перемещениями ткани с как можно меньшим смещением относительно ткани-мишени. Для этого имплантированный электрод должен быть эластично гибким. Различные способы имплантации гибких электродов известны в этой области техники. Например, ультратонкие и гибкие электроды, которые плохо или невозможно имплантировать как таковые, могут быть имплантированы после введения их в жесткую матрицу, оказывающую необходимую поддержку во время имплантации. После имплантации происходит растворение матрицы тканевой текучей средой. Для успешной имплантации необходимо использование биологически совместимого материала матрицы.

В данной области техники существует связанное с микроэлектродами затруднение, состоящее в том, что большая часть их импеданса выполнена импедансом на границе раздела электрод/текучая среда организма. При прохождении тока через медицинский электрод в ткань или из нее плотность тока не однородна по поверхности микроэлектрода, будучи существенно выше на краях, выступах и поверхностных неоднородностях, чем в других местах. Высокие локальные плотности тока вызывают локальные повышения температуры и могут даже приводить к гидролизу водной текучей среды ткани. Таким образом, мягкая ткань, смежная с местами с высокой плотностью тока, рискует быть необратимо поврежденной.

При измерении активности отдельных нейронов часть электрода, состоящая в электрическом контакте с тканью и/или с тканевой текучей средой, должна быть как можно меньше. Поскольку импеданс электрода в значительной степени зависит от площади поверхности этой части, различные средства были разработаны для увеличения поверхности для уменьшения импеданса электрода. Способы увеличения площади электрически проводящей поверхности электродов известны в данной области техники; они включают механическое огрубление поверхности или химическое покрытие электродов или покрытие их нановолокнами электрически проводящего полимера, например поли-(3,4-этилендиокситиофена; РЕЭОТ или РЕЭТ). черной платиной или углеродными нанотрубками. Затруднение при использовании таких оболочек состоит в том, что они могут быть легко отделены от тела электрода и/или подвержены после имплантации покрытию и/или засорению биологическим материалом, происходящим от ткани и текучей среды организма. При этом площадь поверхности проводника уменьшена, что приводит к нежелательному изменению импеданса.

Задачи изобретения

Основная задача настоящего изобретения состоит в выполнении микроэлектрода вышеупомянутого вида для стимулирования отдельных нейронов или групп нейронов, при использовании которого риск неконтролируемого повреждения тканей вследствие высокой локальной плотности тока существенно уменьшен или даже сведен к нулю, независимо от того, является ли микроэлектрод отдельным микроэлектродом или принадлежит к пучку или матрице микроэлектродов.

Другая задача настоящего изобретения состоит в разработке способа выполнения такого микро- 1 029491 электрода.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в выполнении микроэлектрода вышеупомянутого вида, при использовании которого риск неконтролируемого повреждения тканей вследствие высокой локальной плотности тока существенно уменьшен или даже сведен к нулю и который легко ввести в мягкую ткань.

Другие задачи настоящего изобретения станут очевидными из последующего краткого изложения существа настоящего изобретения, описания предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения, иллюстрируемых чертежами, и из приложенных пунктов формулы изобретения.

Раскрытие изобретения

В настоящей заявке термин электрод означает микроэлектрод. Термин нерастворимый в воде означает нерастворимость в водной текучей среде организма, то есть в внутритканевой или внеклеточной текучей среде, а также в сыворотке. Термин гибкий указывает на такую степень гибкости, которая, по существу, не препятствует поперечному перемещению тела микроэлектрода согласно настоящему изобретению. Термин электрическая изоляция указывает на электрическую изоляцию при значениях напряжений/токов, используемых при лечении нервной ткани человека. Термин продолговатый указывает на структуру, длина которой в пять раз или более, в частности в десять раз или более, ее диаметра. Термин набухающий указывает на увеличение объема по меньшей мере в 1,2 раза при контакте с водной текучей средой организма. Термин пористый указывает на пропускание водных текучих сред организма и растворенных в них биомолекул. Как будет более подробно объяснено далее, термин микроэлектрод означает микроэлектрод согласно настоящему изобретению в состоянии введения в мягкую ткань и частично или полностью уравновешенный с текучей средой организма в ткани, тогда как термины прото-микроэлектрод и прото-электрод означают соответствующий микроэлектрод согласно настоящему изобретению до введения в ткань.

В соответствии с настоящим изобретением описан микроэлектрод вышеупомянутого вида, который разрешает или, по меньшей мере, частично уменьшает одно или большее количество затруднений, связанных с микроэлектродами, известными в данной области техники. Микроэлектрод согласно настоящему изобретению основан на введении соответствующего прото-микроэлектрода в мягкую ткань и уравновешивании с водной текучей средой организма в ткани. Микроэлектрод согласно настоящему изобретению существенно уменьшает риск повреждения ткани вследствие высокой локальной плотности тока. В микроэлектроде согласно настоящему изобретению мягкая ткань, смежная с электродом, экранирована от тепла, вырабатываемого на поверхности (или рядом с ней) электрически проводящего тела электрода или его элемента столбом из текучей среды организма и гибким электрически изолирующим барьером из не растворимого в воде полимера, окружающего тело электрода и столб из текучей среды организма. С другой стороны, тело электрода, в частности тело электрода с его увеличенной поверхностью, например физически и/или химически загрубленной поверхностью, или поверхностью, снабженной наноструктурными элементами, например монокристаллическими металлическими отростками, защищено от контакта с живыми клетками, такими как фагоциты, в определенной микроглии.

Микроэлектрод согласно настоящему изобретению содержит или, по существу, образован из следующего: гибкое продолговатое электрически проводящее тело электрода, имеющее передний или дальний конец и задний или ближний конец, причем тело электрода содержит или, по существу, образовано из следующего: металл или металлический сплав, или электрически проводящая разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинация, вторая оболочка из электрически изолированного не растворимого в воде гибкого, предпочтительно эластично гибкого, полимерного материала, окружающего тело электрода по всей его длине или по меньшей мере поверх части, проходящей от его переднего конца по направлению к его заднему концу, расположенная на расстоянии от тела электрода с тем, чтобы задать цилиндрическую пустоту, заполненную водной текучей средой организма и/или гелем, содержащим водную текучую среду организма. Электрод согласно настоящему изобретению предпочтительно осесимметричен относительно своей центральной оси, проходящей от переднего конца до заднего конца.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением описан прото-микроэлектрод, из которого электрод согласно настоящему изобретению сформирован в месте нахождения (ίη δίΐιι) после введения прото-микроэлектрода в мягкую ткань. Прото-электрод согласно настоящему изобретению содержит или, по существу, образован из следующего: гибкое продолговатое тело электрода из электрически проводящего материала, имеющее передний или дальний конец и задний или ближний конец, причем тело электрода содержит или, по существу, образовано из следующего: металл или металлический сплав, или электрически проводящая разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинация, первая оболочку из растворимого в воде, и/или набухающего, и/или разлагаемого материала, расположенная на электроде и проходящая вдоль тела электрода по меньшей мере поверх части, проходящей от его переднего конца по направлению к его заднему концу, и вторая оболочка из электрически изолированного не растворимого в воде гибкого полимерного материала, расположенная на первой оболочке и содержащая одно или большее количество сквозных отверстий на переднем конце или рядом с ним. После введения прото-электрода согласно настоящему изобретению в мягкую ткань электрод со- 2 029491 гласно настоящему изобретению сформирован путем воздействия водной текучей среды организма на первую оболочку, которая растворяется, и/или разлагается, и/или набухает. Доступ водной текучей среды организма к первой оболочке обеспечен посредством одного или большего количества сквозных отверстий во второй оболочке. Материал первой оболочки может представлять собой материал, который легко растворим в водной текучей среде организма, например глюкозу, или материал, который плохо растворим в водной текучей среде организма, например ацетат глюкозы, или материал с промежуточной растворимостью, например частично ацетилированную глюкозу. Материал первой оболочки с необходимым уровнем растворимости может также быть получен путем комбинирования материалов с различной растворимостью и/или различными свойствами растворения, таких как комбинация низкомолекулярного углевода и пептида или белка, например комбинация глюкозы и желатина. Предпочтительно, чтобы первая оболочка была осесимметричной относительно центральной оси, которая предпочтительно совпадает с центральной продольной осью тела электрода. Предпочтительно, чтобы прото-электрод согласно настоящему изобретению был осесимметричен относительно его центральной оси, проходящей от его переднего конца до его заднего конца.

Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения области поверхности первой оболочки, не покрытые второй оболочкой, то есть области поверхности первой оболочки, доступные через посредством одного или большего количества сквозных отверстий во второй оболочке, могут быть покрыты третьей оболочкой из биологически совместимого материала, выполненного с возможностью растворения в водной текучей среде организма, причем третья оболочка замедляет доступ водной текучей среды организма к первой оболочке. Эта задержка обеспечивает возможность правильного помещения прото-электрода согласно настоящему изобретению в ткани до начала растворения первой оболочки. Подходящий материал для третьей оболочки представляет собой шеллак или полимер КоШсоа!® ΙΚ (привитой сополимер поливинилалкогольполиэтиленгликоля; компания ВАМ. Людвигсхафен, Германия). В качестве альтернативы третья оболочка может содержать или может быть образована из следующего: материал, образующий гель при контакте с водной текучей средой организма; этот гель претерпевает растворение и/или разложение лишь медленно, то есть за часы и дни или даже недели и месяцы, например, от одного дня до одной недели или с одной недели до четырех недель или даже с одного месяца до года или более. Скоростью растворения или разложения геля можно управлять посредством перекрестного сшивания, причем скорость растворения/разложения падает с увеличением перекрестного сшивания. Для этого подходит желатин, поперечно сшитый с ЕЭС (1-(3-диметиламинопропил)-3этилкарбодиимид). Гель содержит поры размера, обеспечивающего возможность маленьким молекулам, таким как растворенный материал первой оболочки, проходить через них посредством диффузии, и обеспечивающим возможность маленьким молекулам в водной текучей среде организма, таким как пептидам низкого молекулярного веса и солям, проходить через них из окружающей текучей среды организма в текучую среду, размещенную в промежутке между телом электрода и второй оболочкой. Гель способен предотвращать засорение одного или большего количества сквозных отверстий во второй оболочке остатками ткани, например клетками или частицами клетки, поврежденными или образованными имплантатом.

Передний конец тела электрода совпадает или почти совпадает с передним концом электрода или прото-электрода и передним концом второй оболочки из гибкого не растворимого в воде полимера. Задний конец тела электрода может совпасть с задним концом электрода или может проходить дальше в проксимальном направлении, причем такое дополнительное расширение, хотя и составляет как материал целое с телом электрода, не может быть рассмотрено как часть электрода в собственном смысле, но служит электрическим проводом, соединяющим электрод с блоком управления электродами. В качестве альтернативы отдельный провод предусмотрен между задним концом тела электрода, который припаян или иным образом присоединен с сохранением электрической приводимости, и блоком управления электродами, размещенным на расстоянии от электрода интракорпорально или экстракорпорально. Отдельный провод или провод, составляющий целое с телом электрода, простирающийся проксимально от электрода, электрически изолированы. Продолговатое гибкое тело электрода может соответствовать, например, функционально эквивалентному элементу микроэлектрода, известному в данной области техники, такому как описан в заявках νθ 2010/144016 А1 и νθ 2007/040442 А1.

Если вторая оболочка из не растворимого в воде гибкого полимерного материала не доходит до заднего конца тела электрода, то его часть, не покрытую второй оболочкой, электрически изолируют другими средствами, например не растворимым в воде лаком.

Нерастворимый в воде гибкий, предпочтительно эластичный полимерный материал второй оболочки имеет предпочтительную толщину стенок, которая, по существу, меньше диаметра тела электрода и толщины стенок первой оболочки в пять раз, или даже в десять раз, или более. Предпочтительная толщина тела электрода в случае прото-электрода и соответствующего электрода согласно настоящему изобретению составляет от 1 до 100 мкм или более, в частности от 2 до 10, или 25, или 40 мкм, причем толщина стенки первой оболочки попадает в тот же самый диапазон, хотя предпочтительная толщина второй оболочки попадает в диапазон нескольких мкм, например от 2 до 5 мкм, но даже до 20 мкм или более. Однако в определенных вариантах, в которых используют очень тонкое тело электрода, толщина

- 3 029491 стенок второй оболочки может быть больше диаметра тела электрода, например, от 2 раз до 10 или более.

Вторая оболочка должна быть выполнена биологически совместимой и достаточно гибкой для того, чтобы обеспечить возможность ее сгиба вместе с телом электрода, в частности, без ограничения изгиба тела электрода. Предпочтительно, чтобы вторая оболочка была выполнена эластично гибкой, в частности, если материал первой оболочки представляет собой материал, набухающий при контакте с водной текучей средой организма, независимо от того, подвергают ли его позднее растворению или разложению или нет. Таким образом, упругость второй оболочки может предотвратить ее разрыв, возможно вызванный расширением первой оболочки при контакте с водной текучей средой организма. Весьма предпочтительным изолирующим полимерным материалом для второй оболочки является парилен, например парилен С. Другие предпочтительные изоляционные материалы включают политетрафторэтилен, полиуретан, полиимид, различные виды силиконов и синтетический или натуральный каучук. Изолирующая полимерная оболочка обладает минимальной толщиной, обеспечивающей достаточную электрическую изоляцию. Для парилена С минимальная толщина в 2-5 мкм подходит для многих приложений. В соответствии с первой оболочкой предпочтительно, чтобы вторая оболочка была выполнена осесимметричной относительно центральной оси, одинаковой с первой оболочкой, то есть предпочтительно, чтобы вторая оболочка была выполнена цилиндрической, или по меньшей мере часть, промежуточная между ее передней и задней частями, была выполнена цилиндрической.

Согласно предпочтительной особенности настоящего изобретения по меньшей мере часть второй оболочки, промежуточная между ее передней и задней частями, выполнена в виде гофрированной трубки. Предпочтительно, чтобы часть в виде гофрированной трубки была выполнена осесимметричной относительно центральной оси, одинаковой с осью первой оболочки.

Согласно важной особенности настоящего изобретения гофрированная трубка придает радиальную стабильность второй оболочке после растворения первой оболочки. В то же самое время она обеспечивает определенную степень расширяемости/сжатия второй оболочки в осевом направлении. Кроме того, гофрированная трубка не предотвращает возможность изгиба более не поддерживаемой второй оболочки с удалением от центральной продольной оси.

Согласно еще одной особенности настоящего изобретения использование второй оболочки с частями в виде гофрированной трубки обеспечивает возможность улучшенной способности крепления для электрода согласно настоящему изобретению по сравнению с электродом с цилиндрической второй оболочкой.

Согласно другой предпочтительной особенности настоящего изобретения прото-электрод и, следовательно, электрод согласно настоящему изобретению содержат один или большее количество элементов крепления, проходящих от тела электрода на короткое расстояние, например на расстояние, соответствующее одной десятой или менее, предпочтительно одной двадцатой или менее, более предпочтительно одной пятидесятой или менее, в частности одной сотой или меньше от длины тела электрода. Для элемента(-ов) крепления предпочтительна протяженность от тела электрода в наклонном ближнем направлении.

После введения прото-электрода согласно настоящему изобретению в мягкую ткань части первой оболочки, не покрытые второй оболочкой и размещенные на переднем конце или рядом с ним, обеспечивают возможность растворимому в воде, и/или набухающему, и/или разлагаемому материалу второй оболочки контакта с текучей средой организма и растворения, и/или разложения, и/или набухания. Таким образом, растворение, и/или разложение, и/или набухание первой оболочки идет от переднего конца тела электрода по направлению к заднему концу. Посредством отверстия(-й) во второй оболочке растворенный и/или разложившийся материал первой оболочки диффундирует вовне из трубчатой полости, выполненной между телом электрода и второй оболочкой. Посредством продолжающегося в полости обмена текучей средой с окружающей текучей средой организма, вызванного диффузией, полость становится заполненной все более и более чистой текучей средой организма. Посредством этого процесса происходит преобразование жесткого тела электрода прото-электрода согласно настоящему изобретению в гибкое тело электрода для электрода согласно настоящему изобретению, способного к адаптации к перемещениям окружающей ткани. Поскольку электрически изолирующая полимерная оболочка была разработана тонкой и гибкой, она, по существу, не ограничивает перемещения тела электрода, а выполняет изгиб вместе с ним. Хотя использование набухающего под действием воды, но не растворимого материала, такого как сетчатый поливинилпирролидона, в качестве материала для первой оболочки ограничивает до некоторой степени сгибающие перемещения тела электрода и второй оболочки, содержание в ней водной текучей среды организма обеспечивает надлежащую электрическую функцию электрода.

Текучая среда организма, в которой первая оболочка может быть предпочтительно растворена, однако может также быть выполнена с возможностью разложения или с возможностью набухания при контакте с водной текучей средой, в частности представляющей собой водную текучую среду организма. Хотя возможно, что в зависимости от конкретной ткани, получающей прото-электрод, текучая среда организма представляет собой текучую среду, богатую липидами или, по существу, содержащую липиды, такая текучая среда не была бы выполнена с возможностью растворения или с возможностью набухания

- 4 029491 или разложение первой оболочки. В таком приложении должна быть выполнена первая оболочка из материала, выполненного с возможностью растворения или разложения под действием липидов. Однако для надлежащего действия текучая среда организма, заполняющая трубчатую полость после растворения или разложения материала, выполненного с возможностью растворения или разложения под действием липидов, должна содержать достаточную водную фазу текучей среды организма, чтобы позволить электроду выполнять свою функцию.

Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения первая оболочка может содержать один или большее количество фармакологически активных агентов. Фармакологически активные агенты согласно настоящему изобретению содержат или образованы из следующего: агенты, влияющие на функцию синапсисов нерва, такие как допамин, серотонин, нейролептические средства, седативные средства, аналгезирующие средства, средства, оказывающие трофический эффект на невроциты, например фактор роста нервной ткани (ΝΟΡ), и векторы генов, предназначенные для длительного воздействия. Другие полезные фармакологически активные агенты включают противовоспалительные средства, противосвертывающие средства, блокаторы β-рецептора, антитела и питательные средства. В принципе может быть использован любой фармакологически активный представляющий интерес агент при условии, что он в достаточной степени растворим в водной текучей среде организма.

Первая оболочка может также содержать две или большее количество секций, в частности секций, проходящих вдоль различных частей тела электрода для того, чтобы быть соединенными друг с другом в плоскости, перпендикулярной центральной оси цилиндрического или иным образом вращательно симметричного тела электрода. Эти секции могут быть отличными по своей способности к растворению, и/или к набуханию, и/или к разложению в водной текучей среде организма и/или по содержанию в них фармакологически активного компонента(-ов).

Согласно предпочтительному аспекту прото-электрод и электрод согласно настоящему изобретению содержат камеру с емкостью для лекарственного средства, расположенную на его заднем конце или вблизи к его переднему концу. На своем переднем конце камера с емкостью для лекарственного средства у электрода согласно настоящему изобретению сообщается посредством текучей среды с трубчатым столбом из текучей среды организма, накопленной в промежутке между телом электрода и второй оболочкой. На своем заднем конце емкость для лекарственного средства может быть соединена с трубкой, посредством который водная текучая среда, например солевой раствор, может быть подана в камеру. В альтернативном варианте такая трубка может быть выполнена с возможностью непосредственной связи с промежутком и использована для подачи водной текучей среды в этот промежуток и из него в окружающую ткань. Водная текучая среда, таким образом подаваемая к электроду согласно настоящему изобретению, может содержать любой подходящий фармакологически активный агент, растворимый в ней.

Согласно другому предпочтительному аспекту настоящего изобретения два электрода согласно настоящему изобретению использованы в комбинации, чтобы обеспечить биполярную стимуляцию. С этой целью два прото-электрода согласно настоящему изобретению, размещенные параллельно и примыкающие друг к другу, соединяют на внешней стороне их вторых оболочек посредством их склейки или помещения их в третью гибкую полимерную оболочку, например, из парилена С. Клей может быть выполнен из того же материала, что вторая оболочка, например из парилена, или из другого материала.

В соответствии с настоящим изобретением описана предварительная ступень протомикроэлектрода, из которой может быть выполнен прото-микроэлектрод согласно настоящему изобретению. Предварительная ступень прото-микроэлектрода согласно настоящему изобретению содержит или, по существу, образована из следующего: гибкое продолговатое тело электрода из электрически проводящего материала, имеющее передний или дальний конец и задний или ближний конец, причем тело электрода содержит или, по существу, образовано из следующего: металл или металлический сплав, или электрически проводящая разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинация, первая оболочка из растворимого в воде, и/или набухающего, и/или разлагаемого материала, расположенная на теле электрода и проходящая вдоль тела электрода по меньшей мере поверх части, проходящей от его переднего конца по направлению к его заднему концу, и вторая оболочка из электрически изолированного не растворимого в воде гибкого полимерного материала, расположенная на первой оболочке. Предварительная ступень прото-микроэлектрода может быть изготовлена, например, путем выполнения продолговатого тела электрода, содержащего или образованного из следующего: металл или металлический сплав, или электрически проводящая разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинация, покрывающие тело электрода растворимым в воде, и/или разлагаемым, и/или набухающим материалом с образованием первой оболочки, затем покрывающие первую оболочку второй оболочкой из электрически изолирующего гибкого и предпочтительно эластичного не растворимого в воде полимерного материала. Согласно преимущественной особенности настоящего изобретения прото-микроэлектрод может содержать третью оболочку, расположенную на его второй оболочке. Материал третьей оболочки растворим в текучей среде организма. Предпочтительно, чтобы третья оболочка проходила от заднего конца прото-микроэлектрода до его переднего конца и полностью покрывала передний конец. Цель нанесения третьей оболочки состоит в усилении прото-электрода во избежание его повреждения во время введения в мягкую ткань.

- 5 029491

Прото-микроэлектрод согласно настоящему изобретению может быть выполнен из предварительной ступени прото-микроэлектрода посредством ее разрезания в радиальной плоскости, предпочтительно рядом с ее передним концом. Радиальная плоскость представляет собой плоскость, перпендикулярную центральной оси предварительной ступени прото-микроэлектрода. Отрезанную крышку переднего конца отбрасывают и сохраняют прото-микроэлектрод согласно настоящему изобретению. В качестве альтернативы отрезанию части(-ей) не растворимого в воде гибкого слоя, размещенного рядом с передним концом, материал второй оболочки может быть удален абразивной обработкой или другими средствами, такими как лазерное размалывание, для выполнения отверстий во второй оболочке.

Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения прото-микроэлектрод разрезают поперек в радиальной плоскости, расположенной дистально относительно переднего конца тела электрода. Тело электрода для электрода согласно настоящему изобретению выполнено из прото-микроэлектрода, разрезанного таким образом, и размещено на удалении из переднего конца второй оболочки во внутреннем направлении, то есть отклонено в объем, определенный второй оболочкой; это обеспечивает дополнительную защиту от вхождения тела электрода в контакт с мягкой тканью и повреждения ткани.

Согласно другому предпочтительному аспекту настоящего изобретения предварительная ступень прото-микроэлектрода может быть произведена путем изготовления негативной отливной формы, соответствующей нужной форме первой оболочки, центрирования тела электрода в отливной форме и заполнения формы раствором и/или суспензией материала первой оболочки. Предпочтительно, чтобы раствор и/или суспензия материала первой оболочки содержали желатинирующий агент, такой как желатин или желатинирующий полиэтиленгликоль. В качестве альтернативы или дополнения форма может быть выполнена из микропористого материала, обеспечивающего возможность высыхания материала первой оболочки в форме. После удаления формы вторую оболочку наносят на первую оболочку посредством, например, опускания комбинации первая оболочка/тело электрода в раствор материала второй оболочки в летучем неводном растворителе, в котором первая оболочка нерастворима, с последующим испарением неводного растворителя из второй оболочки. Другой способ нанесения второй оболочки на первую оболочку состоит в напылении на первую оболочку материала второй оболочки, растворенного в подходящем летучем неводном растворителе. Еще один способ нанесения первой оболочки на тело электрода состоит в электрической центробежной заливке вязкого раствора или суспензии материала первой оболочки вдоль тела электрода. Вязкий раствор наносят на тело электрода через сопло, которое предпочтительно закреплено при повороте тела электрода и смещено в направлении его центральной оси. Посредством этого происходит образование винтовой первой оболочки на теле электрода. После высыхания происходит нанесение второй оболочки согласно настоящему изобретению, например, из парилена С, на первую оболочку посредством опускания в раствор или напыления или других подходящих средств, описанных выше. Вторая гибкая полимерная оболочка, сформированная на винтовой первой оболочке, повторяет геометрию первой оболочки, то есть выполнена винтовой и работает таким же образом, как гофрированная трубка после растворения первой оболочки.

В соответствии с настоящим изобретением предложен способ формирования микроэлектрода согласно настоящему изобретению в месте нахождения (ίη δίΐπ) в мягкой ткани. Способ включает следующие операции, согласно которым обеспечивают наличие прото-микроэлектрода, содержащего первую оболочку из растворимого в воде, и/или разлагаемого, и/или набухающего материала на продолговатом теле электрода, содержащем или образованном из следующего: металл или металлический сплав, или электрически проводящая разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинация, и вторую оболочку из электрически изолированного гибкого и при необходимости эластичного не растворимого в воде материала, расположенную на первой оболочке, вводят прото-микроэлектрод в мягкую ткань с его передним концом впереди, уравновешивают прото-микроэлектрод в ткани с использованием водной текучей средой организма с тем, чтобы удалить растворимый в воде материал путем растворения или разложения и/или обеспечить поглощением им воды и его набухание, что обеспечивает создание столба текучей среды организма, расположенного между телом электрода и второй оболочкой, при условии, что доступ текучей среды организма к растворимой в воде первой оболочке обеспечен на переднем конце прото-микроэлектрода или рядом с ним посредством одного или большего количества сквозных отверстий во второй оболочке.

В соответствии с настоящим изобретением описано использование микроэлектрода согласно настоящему изобретению и прото-микроэлектрода согласно настоящему изобретению для обеспечения электростимуляции структур мягкой ткани, таких как нейроны, для записи электрических сигналов, исходящих из таких структур, и для комбинированной доставки лекарственных средств, записи сигналов от невроцитов и стимуляции невроцитов. Предпочтительны частоты стимуляции вплоть до 100 Гц и даже до 500 Гц, а также длины импульсов от 0,05 до 2 мс. Предпочтительные значения напряжения импульса составляют до 10 В, в частности до 2 В.

Согласно варианту реализации настоящего изобретения описан полупроводниковый прото-элемент, из которого экранированный от ткани полупроводниковый элемент сформирован в месте нахождения (ίη

- 6 029491 $ίΙιι) после введения полупроводникового прото-элемента в мягкую ткань, содержащий или, по существу, образованный из следующего: полупроводниковое тело, имеющее передний или дальний конец и задний или ближний конец, первая оболочка из растворимого в воде, и/или набухающего, и/или разлагаемого материала, расположенная на полупроводниковом теле или проходящая вдоль тела по меньшей мере поверх части, проходящей от его переднего конца по направлению к его заднему концу, и вторая оболочка из не растворимого в воде гибкого полимерного материала, расположенная на первой оболочке и содержащая одно или большее количество сквозных отверстий на его переднем конце или рядом с ним. В полупроводниковом прото-элементе материал первой оболочки представляет собой материал, который легко растворим в водной текучей среде организма, например глюкозу, или материал, который плохо растворим в водной текучей среде организма, например ацетат глюкозы, или материал с промежуточной растворимостью, например частично ацетилированная глюкоза. После введения полупроводникового прото-элемента в мягкую ткань происходит растворение, или набухание первой оболочки, или ее разложение с образованием полупроводникового элемента, экранированного от ткани текучей средой организма, расположенной в пространстве между полупроводниковым элементом и второй оболочкой. Предпочтительно, чтобы материалы первой и второй оболочек полупроводникового прото-элемента согласно настоящему изобретению были теми же, что и материалы первой и второй оболочек протомикроэлектрода согласно настоящему изобретению. Тело (прото)полупроводника может быть электрически соединено с блоком управления посредством электрически проводящего изолированного металлического провода(-ов), проходящего от его части с дальним концом. Полупроводниковое тело может быть снабжено, например, стержнем вибратора, или оптоволокном, или светодиодом для стимулирования светом.

Ниже следует подробное описание настоящего изобретения со ссылками на определенное количество предпочтительных вариантов реализации, иллюстрируемых черновыми чертежами, на которых ширина одиночных электродов/прото-электродов или предварительных ступеней электрода обычно преувеличена для ясности.

Краткое описание чертежей

Все чертежи иллюстрируют варианты реализации настоящего изобретения, в частности на фиг. 1а показана предварительная ступень электрода в первом варианте реализации электрода согласно настоящему изобретению в продольном осевом разрезе, соответствующем осевому разрезу В-В на фиг. 1е;

на фиг. 1Ь показана передняя часть фиг. 1а в том же самом виде;

на фиг. 1с показана передняя часть прото-электрода в первом варианте реализации электрода согласно настоящему изобретению, выполненного из предварительной ступени электрода по фиг. 1а, 1Ь в том же самом виде;

на фиг. 1й показана передняя часть по фиг. 1с после введения в мягкую ткань и частичного растворения ее растворимой в воде первой оболочки в том же самом виде;

на фиг. 1е, 1£ показана передняя часть первого варианта реализации электрода согласно настоящему изобретению (на фиг. 1е) и полный вариант реализации в продольном расширенном состоянии (на фиг. 1ί) в продольном осевом разрезе В-В;

на фиг. 1§ показано радиальное сечение А-А предварительной ступени электрода по фиг. 1Ь, в том же самом виде;

на фиг. 2 показана передняя часть прото-электрода, соответствующего второму варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, в осевом разрезе С-С;

на фиг. 3 показан прото-электрод, соответствующий третьему варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, в осевом разрезе Ό-Ό;

на фиг. 4 показан прото-электрод, соответствующий четвертому варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, в осевом разрезе Е-Е;

на фиг. 5а показана передняя часть прото-электрода, соответствующего пятому варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, осевой разрез Р-Р;

на фиг. 5Ь показана модификация передней части по фиг. 5а в осевом разрезе С-С;

на фиг. 5с показана передняя часть пятого варианта реализации электрода согласно настоящему изобретению, осевой разрез Н-Н;

на фиг. 6 показана передняя часть прото-электрода, соответствующего шестому варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, в осевом разрезе 1-1;

на фиг. 7 показана передняя часть прото-электрода, соответствующего седьмому варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, в осевом разрезе К-К;

на фиг. 8 показана передняя часть прото-электрода, соответствующего восьмому варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, в осевом разрезе Ь-Ь;

на фиг. 9 показана передняя часть прото-электрода, соответствующего девятому варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, в осевом разрезе М-М;

на фиг. 10а, 10Ь показаны передние части прото-электрода, соответствующего десятому варианту реализации электрода и соответствующего электрода согласно настоящему изобретению, в осевых разре- 7 029491 зах Ν-Ν;

на фиг. 11а-11с показан пучок прото-электродов, содержащий четыре электрода согласно настоящему изобретению, в продольном разрезе Е-Е (8а) и в двух радиальных разрезах 0-0 и Р-Р (8Ъ, 8с);

на фиг. 12а, 12Ъ показана модификация пучка прото-электродов по фиг. 11а-11с, введенного в растворимую в воде первую оболочку того же самого вида, как вид первой оболочки прото-электрода, в продольном разрезе 8-8 (12а) и в радиальном разрезе Т-Т (12Ъ);

на фиг. 13а, 13Ъ показана матрица прото-электродов, содержащая шесть пучков прото-электродов согласно настоящему изобретению, в виде сечения V (13а) и в частном виде сбоку (13Ъ, вид в направлении Ζ);

на фиг. 14 показана матрица электродов, содержащая девять групп электродов, каждая из которых содержит пять электродов, вид сбоку под углом;

на фиг. 15 показан еще один вариант реализации прото-электрода согласно настоящему изобретению, содержащего полупроводниковый элемент, в том же самом виде как электрод по фиг. 3;

на фиг. 15а показан электрод согласно настоящему изобретению, соответствующий протоэлектроду по фиг. 15, в том же самом виде;

на фиг. 16 показан имплантируемый термически экранированный полупроводниковый протоэлемент для неэлектродных приложений, в том же самом виде, как электрод на фиг. 3;

на фиг. 16а показан экранированный полупроводниковый элемент, соответствующий протоэлементу по фиг. 16, в том же самом виде;

на фиг. 17а показан электрод согласно настоящему изобретению, соответствующий 11 и 12 вариантам реализации электрода согласно настоящему изобретению, в том же самом виде, как на фиг. 1а;

на фиг. 17Ъ показан прото-электрод, соответствующий 11 варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, выработанного из предварительной ступени электрода по фиг. 17а, в том же самом виде;

на фиг. 17с показана первая ступень прото-электрода, соответствующего 12 варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, выработанного из предварительной ступени электрода по фиг. 17а, в том же самом виде;

на фиг. 174 показан прото-электрод согласно настоящему изобретению, выработанный из первой ступени на фиг. 17с, в том же самом виде;

на фиг. 17е показан прото-электрод по фиг. 17Ъ, введенный в мягкую ткань, во время его преобразования в 11 вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, в том же самом виде;

на фиг. 17Г показан прото-электрод по фиг. 174, введенный в мягкую ткань, во время его преобразования в 12 вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, в том же самом виде;

на фиг. 17§ показан 11 вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, выполненного из прото-электрода по фиг. 17Ъ, в том же самом виде;

на фиг. 17й показан 12 вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, выполненного из прото-электрода по фиг. 174, в том же самом виде;

на фиг. 18а, 18Ъ показаны дополнительные примеры реализации прото-электрода согласно настоящему изобретению, в том же самом виде, как на фиг. 174;

на фиг. 19а показан дополнительный вариант реализации предварительной ступени электрода согласно настоящему изобретению, соответствующему электроду, в котором тело электрода до некоторой степени закрыто выполненной в виде гофрированной трубки второй оболочкой, в том же самом виде, как на фиг. 174;

на фиг. 19Ъ показан прото-электрод согласно настоящему изобретению, выполненный из предварительной ступени электрода по фиг. 19, в том же самом виде.

Осуществление изобретения

В этих вариантах показан или прото-электрод согласно настоящему изобретению, и/или соответствующий электрод согласно настоящему изобретению. В варианте 1 показана соответствующая предварительная ступень прото-электрода, из которого произведен сам прото-электрод. Позиционные обозначения одинаковы для функционально соответствующих элементов электрода и предварительной ступени электрода и его прото-электрода. Одинаковые позиционные обозначения сохранены для функционально схожих элементов прото-электродов и электродов, имеющих отношение к различным вариантам реализации настоящего изобретения, из которых каждый идентифицирован предшествующей цифрой(-ами).

Вариант 1. Первый вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению и соответствующие предварительные ступени и прото-электроды.

Первый вариант реализации прото-электрода согласно настоящему изобретению по фиг. 1с выполнен из предварительной ступени 1 электрода, показанной на фиг. 1а, 1Ъ. Предварительная ступень 1 электрода выполнена путем покрытия продолговатого металлического тела 2 электрода, в частности тонкого металлического провода 2, покрытого растворимым в воде или разлагаемым в воде материалом с образованием первой оболочки 3, и дальнейшего покрытия первой оболочки 3 гибким полимерным материалом с образованием второй оболочки 4. Предварительная ступень 1 электрода содержит тупоконечный передний конец 9 и задний конец 11 с электрически изолированным проводником 10, припаян- 8 029491 ным к нему. Предварительная ступень 1 электрода выполнена продолговатой и содержит, за исключением цилиндрической секции (центральная ось В-В показана только на фиг. 1е), проходящей от ее переднего конца 9, много секций, изогнутых вперед и назад. Искривления обеспечивают возможность электроду 1 согласно настоящему изобретению, полученному из предварительной ступени, выполнять расширение и сжатие в продольном направлении, чтобы следовать за перемещениями окружающей ткани. Посредством радиального отрезания рядом со своим передним концом 9 (радиальное сечение А-А) происходит преобразование предварительной ступени 1 электрода в прото-электрод 1' (фиг. 1с). Протоэлектрод 1' имеет плоскую торцевую поверхность 6, на которой тело 2 электрода и растворимая в воде оболочка 3 не экранированы электрически и от воздействия водной текучей среды. После введения прото-электрода 1' в мягкую ткань с его передним концом впереди происходит контакт с водной текучей средой организма. Текучая среда организма начинает растворять растворимую в воде оболочку 3, которая уходит от переднего конца прото-электрода 1' посредством диффузии и конвекции (фиг. Ы). Таким образом, между телом 2 электрода и второй оболочкой 4 образовано пространство 8, заполненное текучей средой организма и растворенным материалом первой оболочки. По прошествии промежутка времени, зависящего, например, от природы растворимой в воде оболочки и размеров прото-электрода 1', вся первая оболочка 3 растворена и образован электрод 1 согласно настоящему изобретению (фиг. 1е, 1ί). Материал первой оболочки может быть материалом, легко растворимым в водной текучей среде организма, например глюкозой, или материалом, трудно растворимым в водной текучей среде организма, например ацетатом глюкозы, или материалом с промежуточной растворимостью, например частично ацетилированной глюкозой. Материал первой оболочки с необходимым уровнем растворимости может также быть получен посредством комбинирования веществ с различной растворимостью и/или с различными свойствами растворения, например в виде комбинации глюкозы и желатина. Электрод 1 согласно настоящему изобретению содержит тело 2 электрода, окруженное оболочкой 4 из гибкого электрически изолирующего полимера с промежутком в виде полости 8, заполненной текучей средой организма. Радиальное сечение А-А первого варианта реализации прото-электрода 1 согласно настоящему изобретению 1 показано на фиг. 1д. Фиг. от 1а до 1д представляют собой приблизительные чертежи без соблюдения масштаба. Фиг. от 1Ь до 1е и фиг. 1д увеличены относительно фиг. 1а, 1£.

Вариант 2. Второй вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, иллюстрируемый его прото-электродом.

Передняя часть прото-электрода 101', соответствующего второму варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению, содержит в дополнение к телу 102 электрода, покрытому растворимым в воде материалом, образующим первую оболочку 103, вторую гибкую оболочку 104 из не растворимого в воде электрически изолирующего полимерного материала на первой оболочке 103. Передняя часть прото-электрода 101' отлична от передней части прото-электрода 1' наличием двух крюков 120, 121, проходящих от тела электрода 102 в обратном направлении под углом, приблизительно составляющим 15°. Крюки 120, 121 предусмотрены для закрепления электрода согласно настоящему изобретению, полученного посредством введения прото-электрода 101' в мягкую ткань и растворения первой оболочки 103 в ткани. За исключением крюков 120, 121 передняя часть прото-электрода 101' вращательно симметрична относительно центральной оси С-С. В этом варианте реализации настоящего изобретению крюки покрыты гибкой второй оболочкой; они могут, однако, также быть свободными от этой оболочки на своих кончиках.

Вариант 3. Третий вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, иллюстрируемый его прото-электродом.

Прото-электрод 201' осесимметричен относительно центральной продольной оси Ό-Ό и соответствует третьему варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению. Прото-электрод 201' содержит в дополнение к телу 202 электрода, покрытому растворимым в воде материалом, образующим первую оболочку 203, вторую оболочку 204 из гибкого нерастворимого в воде полимерного материала. Прото-электрод 201' отличен относительно своей передней части от прото-электрода 1' наличием округленной шляпки 207 на своем переднем конце. Эта шляпка 207 предназначена для минимизации повреждения ткани, вызываемого введением прото-электрода 201' в мягкую ткань. Материал шляпки 207 представляет собой материал, легко растворимый в текучей среде организма, но отличный от растворимого в воде материала первой оболочки 203. На ближайшем конце тела 202 прото-электрода изолированный гибкий металлический провод 210 прикреплен припоем 211 к телу 202.

Вариант 4. Четвертый вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, иллюстрируемый его прото-электродом.

Прото-электрод 301' осесимметричен относительно центральной продольной оси Е-Е и соответствует четвертому варианту реализации электрода согласно настоящему изобретению. Прото-электрод 301' содержит в дополнение к телу 302 электрода, покрытому растворимым в воде материалом, образующим первую оболочку 303, вторую оболочку 304 из гибкого нерастворимого в воде полимерного материала. Его передняя часть отлична от передней части прото-электрода 1' наличием округленной шляпки 307 на его переднем конце, имеющей ту же самую функцию, что и шляпка 207 для варианта реализации по фиг. 3, но образованную из того же самого материала, что и растворимая в воде оболочка 303. На своем зад- 9 029491 нем конце прото-электрод 301' соединен с блоком управления 330, который может быть выполнен в различных видах и предназначен для различных целей, например, для управления током и напряжением электропитания, подаваемого на электрод, и/или для измерении и/или передачи электрических сигналов, получаемых от электрода.

Вариант 5. Пятый вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению и соответствующие прото-электрод и его вариации.

Пятый вариант 401 реализации электрода согласно настоящему изобретению, показанный на фиг. 5с посредством его переднего сечения, осесимметричен относительно центральной продольной оси Н-Н и содержит металлическое тело 402 электрода и вторую оболочку 404 из полимерного не растворимого в воде материала, размещенного на определенном радиальном расстоянии от тела 402, чтобы обеспечить трубчатое пространство 408, заполненное текучей средой организма. За исключением боковых отверстий 413, 414 вторая оболочка 404 выполнена цельной. Электрод согласно настоящему изобретению выполнен посредством введения в мягкую ткань соответствующего прото-электрода 401 (вращательно симметричного относительно продольной оси Р-Р), выполненного из предварительной ступени электрода (не показана) посредством удаления, например, посредством абразивной обработки, частей второй оболочки 404 (фиг. 5а) и покрытием сформированных таким образом отверстий 413, 414, которые обеспечивают доступ к первой оболочке 403 из растворимого в воде материала, шляпкой 407 (продольная ось О-О). Шляпка 407 выполнена из растворимого в воде материала и имеет ту же самую функцию, как шляпка 207 по фиг. 3.

Вариант 6. Шестой вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, иллюстрируемый передней частью его прото-электрода.

Цилиндрический (центральная ось 1-1) прото-электрод 501*' согласно настоящему изобретению, показанный на фиг. 6, имеет плоскую фронтальную поверхность 506* и содержит тело 502* электрода. Концевая секция тела 502* электрода, проходящая от переднего конца, снабжена щеткой 550* из крошечных металлических волокон, проходящих в радиальном направлении от тела 502* для создания большой поверхности электрода. Ближе от щетки 550* тело 502* электрода электрически изолировано тонкой полимерной оболочкой 505*. Тело 502* электрода помещено в первую оболочку 503* из растворимого в воде материала, на которую наложена вторая оболочка 504* из не растворимого в воде полимерного материала.

Вариант 7. Седьмой вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, иллюстрируемый передней частью его прото-электрода.

Цилиндрический (центральная ось К-К) прото-электрод 501**' согласно настоящему изобретению, показанный на фиг. 7, имеет плоскую фронтальную поверхность 506** и содержит тело 502** электрода, которое электрически изолировано тонким первым полимерным слоем 551**, наложенным по всей его длине, начиная на коротком расстоянии от передней поверхности 506** прото-электрода 501**'. Тело 502** электрода заключено в первую оболочку 503** из растворимого в воде материала, на который нанесена вторая оболочка 504** из не растворимого в воде полимерного материала. Тонкий слой 552** золота осажден на вторую оболочку 504** посредством ионного напыления. Слой 552** золота, проходящий почти до переднего конца электрода, электрически изолирован по его всей длине вторым слоем 553** из того же самого полимерного материала, как вторая оболочка 504**. Слой 552** золота имеет электрический потенциал земли и приспособлен для электрического экранирования тела 502** электрода, за исключением его переднего конца.

Вариант 8. Восьмой вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, иллюстрируемый передней частью его прото-электрода.

Прото-электрод 501***' согласно настоящему изобретению имеет плоскую фронтальную поверхность 506*** и содержит тело 502*** электрода, имеющее форму усеченного конуса (ось конуса Ь-Ь). На тело 502*** электрода нанесена первая оболочка 503*** из растворимого в воде материала, на которую нанесена вторая оболочка 504*** из не растворимого в воде полимерного материала.

Вариант 9. Девятый вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению, иллюстрируемый передней частью его прото-электрода.

Прото-электрод 601' цилиндрической формы (центральная ось М-М) согласно настоящему изобретению по фиг. 9 подобен прото-электроду по фиг. 5а, за исключением того, что растворимый материал первой оболочки содержит две секции, а именно фронтальную (дальнюю) секцию 603 и ближнюю секцию 603', проходящую назад от ближнего конца фронтальной секции 603. Элементы 602, 604, 613, 614 функционально соответствуют элементам 402, 404, 413, 414 из варианта реализации по фиг. 5а, 5Ь. Необходимость использования двух или большего количества секций растворимой в воде первой оболочки, соединенных друг с другом в радиальной плоскости(-ях), будет объяснена ниже.

Вариант 10. Десятый вариант реализации электрода согласно настоящему изобретению и соответствующий прото-электрод.

Десятый вариант реализации прото-электрода 701' согласно настоящему изобретению по фиг. 10а (осевой разрез N - Ν) содержит переднюю часть, функционально схожую части для варианта реализации по фиг. 9, причем элементы 702, 703, 704, 713 и 714 соответствуют элементам 602, 603, 604, 613 и 614

- 10 029491 соответственно. Растворимый в воде материал первой оболочки 703 не простирается вдоль всего тела 702 электрода, но только вдоль его части, проходящей назад от переднего конца электрода. На заднем конце первой оболочки 703 выпученный контейнер 715 из полимерного материала, через который тело 702 электрода проходит по центру, присоединен к прото-электроду 701'. Задний конец контейнера 715 соединен с жесткой полимерной трубкой 717, через которую дальше проходит тело 702. Жесткая трубка 717 имеет такие размеры, что трубчатая полость 718 возникает между нею и контейнером 715. Контейнер 715 заполнен пористым, не растворимым в воде материалом 716, например кварцем. Происходит адсорбция фармакологически активного соединения, например допамина, на пористом материале 716. Посредством растворения растворимой в воде первой оболочки 703 водной текучей средой организма, поступающей через отверстия 713, 714, происходит заполнение текучей средой организма полости между телом 702 электрода и второй оболочкой 704 из не растворимого в воде полимерного материала.

Посредством этого процесса происходит преобразование прото-электрода по фиг. 10а в соответствующий электрод 701 согласно настоящему изобретению (фиг. 10Ь). Посредством организации управляемого потока Р вперед солевого раствора в полости 718 трубки 717 допамин, адсорбированный на пористом материале 716, растворяется и уносится в полость 708 и оттуда посредством отверстий 713, 714 в смежную ткань, чтобы проявить его воздействие на нейроны, электрическая активность которых может быть проверена электродом 701.

Вариант 11. Вариант реализации пучка прото-электродов согласно настоящему изобретению.

Пучок 800' прото-электродов согласно настоящему изобретению, показанный на фиг. 11а (сечение К-К), 11Ь (сечение О-О) и 11с (сечение Р-Р), содержит четыре прото-электрода 801а', 801Ь', 801с' и 8016' согласно настоящему изобретению, размещенных параллельно и закрепленных в сквозных отверстиях цилиндрического основания 820. Каждый из прото-электродов 801а', 801Ь', 801с', 8016' содержит центральное тело 802а, 802Ь, 802с и 8026, электрода соответственно, растворимую в воде первую оболочку 803 а, 803Ь, 803с и 8036 соответственно на соответствующем электродном теле и вторую оболочку 804а, 804Ь, 804с и 8046 из не растворимого в воде полимера соответственно на соответствующей первой оболочке. Прото-электроды 801а', 801Ь', 801с', 8016' размещены симметрично относительно центральной оси 0-0 пучка электродов. Тела 802а, 802Ь, 802с, 8026 электродов выполнены как целое с изолированными электрическими проводниками, из которых показаны только изолированные 822а, 822с проводники 810а, 810с. Проводники, такие как проводники 810а, 810с, соединяют соответствующее тело 802а, 802с электрода с блоком управления пучком электродов (не показан). Каждый из различных прото-электродов согласно настоящему изобретению, описанных в предыдущих примерах реализации, а также в примерах реализации, показанных на фиг. 17Ь-6 и фиг. 18а, 18Ь, может быть связан в пучок с образованием пучка прото-электродов согласно настоящему изобретению или объединен в матрицу согласно настоящему изобретению как таковой или в виде пучка. Пучок прото-электродов согласно настоящему изобретению может содержать два или большее количество различных прото-электродов согласно настоящему изобретению. При введении пучка прото-электродов согласно настоящему изобретению в мягкую ткань происходит образование соответствующего пучка электродов согласно настоящему изобретению посредством растворения растворимых в воде матриц составных электродов. Пучок прото-электродов согласно настоящему изобретению может также быть выполнен из двух или большего количества электродов согласно настоящему изобретению посредством склейки их вместе с использованием клея, который может быть растворим в воде или выполнен с возможностью разложени или без такой возможности.

Для облегчения введения в мягкую ткань пучок прото-электродов согласно настоящему изобретению вставлен в корпус 880 из растворимого в воде материала, как показано на фиг. 12а (сечение Т-Т) и 12Ь (сечение 8-8) для пучка электродов по фиг. 11а-11с. На фиг. 12а, 12Ь сохранены позиционные обозначения фиг. 11а-11с. Корпус 880 имеет тупой передний конец, осесимметричен относительно оси О пучка и проходит до основания 820.

После введения в мягкую ткань происходит преобразование пучка прото-электродов по фиг. 11а11с или фиг. 12а, 12Ь в соответствующий пучок электродов согласно настоящему изобретению посредством растворения его слоев/оболочек из растворимого в воде материала, включая его корпус при его наличии.

Вариант 12. Вариант реализации матрицы пучков прото-электродов согласно настоящему изобретению.

Матрица прото-электродов согласно настоящему изобретению, показанная на фиг. 13а (сечение ВВ), содержит шесть пучков 901', 902', 903', 904', 905', 906' прото-электродов, каждый из которых содержит пары прото-электродов согласно настоящему изобретению того же самого вида, как протоэлектроды из пучка 800' прото-электродов по фиг. 11а-11с. Каждый из пучков 900а', 900Ь', 900с', 9006', 900е', 9001 прото-электродов установлен так, что его задний конец закреплен в держателе пучка, причем только держатель 911а для пучка 900а' отдельно показан на фиг. 13 а. 13Ь. Держатели 911а пучков закреплены посредством склеивания на продолговатом, почти прямоугольном плоском основании 910 с острым передним концом 909. Основание предпочтительно выполнено из биологически совместимого полимерного материала, как полипропилен, полиакрилат или поликарбонат. Держатель 911а и другие держатели установлены симметрично относительно длинной оси И-И основания таким образом, чтобы три

- 11 029491 пучка 900а', 900Ь', 900с' прото-электродов были установлены на левом длинном крае 970 основания 910, а другие три пучка 900ά', 900е', 900Г были установлены на правом длинном крае 971 основания 910 таким образом, чтобы части с передним концом пучков 900а', 900Ь', 900с', 900ά', 900е', 900Г прото-электродов простирались от соответствующего края в наклонных направлениях вперед. Рядом с задним концом основания 910 провода левых пучков 900а', 900Ь', 900с' и правых пучков 900ά', 900е', 900Г прото-электродов объединены в полимерных трубках 907, 908. Для облегчения введения в мягкую ткань каждый из пучков прото-электродов и/или, в частности, матрица пучков прото-электродов может быть вставлена в корпус из растворимого в воде материала, как показано для пучка 801' прото-электродов на фиг. 12а, 12Ь. После введения в мягкую ткань происходит преобразование матрицы пучков прото-электродов по фиг. 13а, 13Ь в соответствующую матрицу пучков электродов согласно настоящему изобретению путем растворения его слоев из растворимого в воде материала оболочки, включая его корпус при его наличии.

Вариант 13. Матрица электродов.

Матрица электродов 1001 по фиг. 14 содержит тонкий круговой плоский элемент 1002 поддержки из полиуретана, из одной (верхней) поверхности которого девять групп 1003, 1004, 1005, 1006, 1007 и т.д. электродов равной длины согласно настоящему изобретению проходят перпендикулярно указанной поверхности с тем, чтобы быть размещенными параллельно друг другу. Каждая группа содержит пять электродов согласно настоящему изобретению. Электроды групп 1003, 1004, 1005, 1006, 1007 и т.д. проникают в элемент 1002 поддержки и выходят на малое расстояние из его другой (нижней) поверхности. Их задние концы соединены тонкими изолированными золотыми проводами, связанными в пучок в гибкой трубе 1008, с блоком 1009 управления. Блок 1009 управления обеспечивает возможность оператору возбуждать выбранные группы электродов и даже выбранные электроды в пределах одной группы. Это обеспечивает возможность выполнения необходимой картины возбуждения. В качестве альтернативы блок управления обеспечивает возможность контроля напряжения в отдельных электродах в группе и/или в выбранных группах электродов относительно земли или другого опорного потенциала.

Вариант 14. Покрытие тела электрода растворимым в воде материалом.

Тело электрода из нержавеющей стали; длина 10 мм, диаметр 12 мкм. Грязь и смазка удалены посредством опускания тела в диэтиловый эфир на 10 с, удаления его из эфира и сушки. Сахарное покрытие толщиной примерно 30 мкм наносят на тело следующим способом. Сахарозу (100 г) растворяют в 50 мл воды. Раствор кипятят в течение примерно 5 мин, пока он не станет прозрачным. Раствор охлаждают до 80°С. Тело электрода, удерживаемое за его задний конец пинцетом из нержавеющей стали, полностью погружают в раствор. Его удаляют из раствора, вытягивая его вертикально со скоростью 6 мм/с. Тело электрода, покрытое сахарозой, высушивают в течение ночи с образованием на теле сухой оболочки из сахарозы толщиной примерно 40 мкм. Толщина оболочки может быть выбрана посредством изменения скорости вытягивания. Уменьшение скорости приводит к более тонкой оболочке.

Вариант 15. Выполнение предварительной ступени электрода согласно настоящему изобретению посредством покрытия тела электрода, покрытого сахарозой в соответствии с вариантом 14, париленом С.

Оболочка из парилена С толщиной примерно 4 мкм толщиной нанесена посредством известного процесса вакуумного покрытия (1и1р:/Лу\у\у.5С5СОок5Оп.сот/рагу1епе/ргорегПе5.сГт). в котором дипараксилилен выпаривают и затем пиролизом преобразуют в параксилилен, который подают под высоким вакуумом в камеру осаждения, поддерживаемую при примерно комнатной температуре, и там осаждают на теле электрода с покрытием из сахарозы. Полученное таким образом тело электрода с двойным покрытием соответствует предварительной ступени электрода согласно настоящему изобретению.

Вариант 16. Выполнение прото-электрода согласно настоящему изобретению из предварительной ступени электрода по варианту 15.

Предварительную ступень электрода по варианту 15 опускают его передним концом вперед в расплавленный тугоплавкий парафин (точка плавления составляет примерно 40°С) в коротком цилиндре из полипропилена диаметром 3 мм. После охлаждения до комнатной температуры парафиновый блок, содержащий предварительную ступень электрода, помещают на полипропиленовый элемент поддержки и разрезают в радиальном направлении лезвием для отделения наконечника электрода. После удаления большей части парафина посредством расплавления блока и вытаскивания прото-электрода последний ополаскивают несколько раз пентаном и высушивают. Измеренный импеданс изолированного тела электрода до отрезания составляет величину >10 МОм, причем измерение проводят при погружении тела электрода в солевой раствор. Измеренный импеданс после отрезания наконечника и погружения тела электрода в солевой раствор на 2-3 ч составляет величину <50 кОм. В качестве альтернативы, предварительную ступень электрода по примеру 15 закрепляют под микроскопом, и части оболочки из парилена С рядом с передним концом удаляют, выскабливая оболочку посредством микронапильника, выполненного посредством покрытия тонкого стального провода (диаметром 0,1 мм) порошком окиси титана (размер зерна примерно 10 мкм) посредством цианоакр платного формполимера, растворенного в диэтиловом эфире, в который провод опускают немедленно до наложения порошка. В качестве альтернативы, при необходимости маленьких отверстий лазерный размол второй оболочки может быть использован для их выполнения. Размеры тела электрода могут быть изменены в широком диапазоне: полезны диаметры

- 12 029491 до 100 мкм или более. Предпочтительный диаметр составляет от 5 до 30 мкм. Диаметр тела электрода может претерпевать изменение вдоль длины тела. Например, диаметр может составлять примерно 50 мкм на ближнем конце и 5 мкм на дальнем конце. Длина тела электрода может быть приспособлена к необходимому расположению электрода после введения.

Вариант 17. Электрод согласно настоящему изобретению, содержащий полупроводниковый элемент.

Как показано на фиг. 15, прото-электрод 1101 согласно настоящему изобретению, который примерно осесимметричен относительно центральной оси может быть снабжен полупроводниковым элементом 1102, таким, например, как схема усилителя. В рабочем состоянии (при усилении и т.д.), то есть после введения прото-электрода в мягкую ткань 1109 и уравновешивания с водной текучей средой 1110 организма, для преобразования прото-электрода 1101 в соответствующий электрод 1101' согласно настоящему изобретению, показанный на фиг. 15а, температура электропитаемого полупроводникового элемента 1102 может возрастать, возможно, до уровня разрушения ткани. Поэтому полупроводниковый элемент 1102 экранирован от непосредственного контакта с тканью тем же самым образом, как тело электрода 1103, то есть посредством зоны текучей среды 1110 ткани, размещенной между полупроводниковым элементом 1102 и оболочкой, соответствующей (и составляющей единое целое) второй электрически изолированной и гибкой полимерной оболочке 1105 электрода. Как и для других электродов согласно настоящему изобретению, зона текучей среды 1110 ткани выполнена тем же самым способом, как для электродов согласно настоящему изобретению, не содержащих полупроводникового элемента, то есть посредством растворения или набухания первой оболочки 1104 прото-электрода из растворимого в воде материала, такого как сахароза, или набухающего в воде материала, такого как желатин, причем первая оболочка 1104 одинакова для тела 1103 электрода и полупроводникового элемента 1102. Предпочтительно, чтобы полупроводниковый элемент 1102 был размещен на ближайшем конце тела 1103 прото-электрода и, таким образом, на ближайшем конце прото-электрода 1101. Полупроводниковый элемент 1102 электрически присоединен посредством изолированных металлических проводов (1106, только один показан) к блоку управления электродами (не показан), который может быть устройством, имплантированным в тело пациента, или экстракорпоральным. Позиционное обозначение 1107 идентифицирует переднюю или дальнюю поверхность прото-электрода 1101, на которой первая оболочка 1104 не защищена второй оболочкой 1105 из гибкого полимера и, таким образом, входит в контакт с текучей средой организма после введения в мягкую ткань, чтобы быть растворенной или подвергнутой набуханию при воздействии текучей среды организма. Для упрощения введения в мягкую ткань 1110 протоэлектрод 1101 снабжен округленной шляпкой 1108, прикрепленной к его дальней поверхности 1107. Шляпка 1108 выполнена из биологически совместимого материала, растворимого в текучей среде 1109 организма, в частности из углевода низкой молекулярной массы, например из сахарозы. Для защиты шляпки 1108 от преждевременного растворения она может быть снабжена тонкой оболочкой из материала, задерживающего растворение, например из колликоата. Материал шляпки 1108 может быть отличен от материала первой оболочки 1104, что представляет собой альтернативу, показанную на фиг. 15, или выполнен из того же самого материала.

Вариант 18. Имплантируемый температурно экранированный полупроводниковый элемент для неэлектродных приложений.

Для определенных приложений вариант реализации прото-электрода 1101 согласно настоящему изобретению, иллюстрируемого на фиг. 15, может быть модифицирован посредством замены его тела 1103 электрода элементом другого вида, в частности элементом, принимающим или вырабатывающим сигнал, например стержнем вибратора или стеклянным или полимерным оптоволокном для направления колебаний или видимого или невидимого излучения в мягкую ткань или антенной для захвата сигналов высокой частоты. Имплантируемый температурно экранированный полупроводниковый прото-элемент 1202 показан на фиг. 16. Элементы, идентифицированные позиционными обозначениями 1202, 12041207 и соответствуют элементам 1102, 1104-1107 и на фиг. 15 соответственно. Тело 1203 электрода устройства по фиг. 15 заменено стержнем 1203 вибратора, или оптоволокном 1203, или светодиодом 1203 для стимуляции светом. Шляпка (не показана), соответствующая шляпке 1108 в варианте реализации по фиг. 15, может быть надета на удаленную поверхность 1207 термически экранированного полупроводникового элемента 1202. Имплантированное состояние 1201' термически экранированного полупроводникового элемента показано на фиг. 16а, где позиционные обозначения 1209 и 1210 показывают мягкую ткань и водную текучую среду организма соответственно. Полупроводниковый элемент 1202 может быть соединен с микроэлектродом согласно настоящему изобретению, например, посредством клея.

Вариант 19. Одиннадцатый и двенадцатый варианты реализации электрода согласно настоящему изобретению и соответствующие прото-электроды.

Предварительная ступень электрода 1301 по фиг. 17а вращательно симметрична относительно центральной продольной оси Ό-Ό'. 11 и 12 варианты 1301' и 1301 примеры реализации прото-электрода согласно настоящему изобретению могут быть выработаны из нее. В дополнение к телу 1302 электрода предварительная ступень электрода 1301 содержит первую твердую оболочку 1303 из растворимого в

- 13 029491 воде материала на электродном теле 1302 и вторую тонкую и гибкую оболочку 1304 из не растворимого в воде полимерного материала на первой оболочке 1303. Вторая оболочка 1304 обладает формой гофрированной трубки. На ее переднем конце первая оболочка 1303, окружающее тело 1302 электрода, образует выпуклость 1309. На ближайшем конце тела 1301 предварительной ступени электрода изолированный тонкий и гибкий металлический провод 1310 присоединен к сфере 1311 из припоя, промежуточной между электрически соединяющим проводом 1310 и телом 1302 электрода, часть с задним концом которого установлена в сфере 1311 из припоя. Оконечная задняя часть второй оболочки 1304 окружает и изолирует сферу 1311 из припоя. Провод 1310 обеспечивает электрический контакт с блоком управления электродами или с аналогичным оборудованием (не показано), имплантированным в тело или внешним относительно его. Предварительная ступень электрода 1301 преобразована в электроды 1301*, 1301** согласно настоящему изобретению через прото-электроды 1301', 1301'.

Прото-электрод 1301', соответствующий одиннадцатому варианту реализации 1301* электрода согласно настоящему изобретению.

На второй оболочке 1304 предварительной ступени электрода 1301 выполнены боковые отверстия 1313, 1314 на выпуклости 1309 для того, чтобы подвергнуть воздействию части первой оболочки 1303 соответствующей формы (фиг. 17Ь). Выполненный таким образом прото-электрод 1301' используют для имплантации.

Прото-электрод 1301, соответствующий двенадцатому варианту реализации 1301** электрода согласно настоящему изобретению.

Рядом с выпуклостью на ее переднем конце предварительная ступень электрода 1301 разрезана в радиальной плоскости А'-А' с образованием первой ступени 1301 прото-электрода 1301' (фиг. 17 с). Обращенную в направлении удаления поверхность разреза 1306 первой ступени 1301 прото-электрода 1301' затем снабжают остроконечной шляпкой 1307 из растворимого в воде материала, или из того же самого материала, как первая оболочка, или из другого материала с подходящими свойствами растворения. Таким образом образована вращательно симметричная (ось Ό-Ό) вторая ступень прото-электрода 1301' (фиг. 176), используемого для имплантации. При наличии остроконечной шляпки 1307 избегают повреждения ткани во время введения прото-электрода 1301' в мягкую ткань.

На фиг. 17е, 17£ показано преобразование прото-электродов 1301', 1301', введенных в мягкую ткань 1320, в соответствующие электроды 1301*, 1301** согласно настоящему изобретению посредством растворения их первых оболочек 1303. Растворение идет от переднего конца прото-электродов 1301' 1303' до заднего конца. Скоростью растворения в одном и том же направлении можно управлять, выбирая материал первой оболочки, обладающий подходящими характеристиками растворения. При растворении материала первой оболочки 1303 в текучей среде организма первая оболочка 1303, размещенная между телом электрода 1302 и второй оболочкой 1304, постепенно заменяется водной текучей средой организма таким образом, чтобы происходило образование соответствующей полости 1315', 1315, заполненной текучей средой организма, содержащей растворенный материал первой оболочки. Посредством диффузии и при временном перемещении окружающей ткани 1320 посредством конвекции текучая среда организма с растворенным материалом первой оболочки диффундирует из и/или вытесняется из пустот 1315', 1315 и заменяется новой текучей средой тела. Этот процесс идет до растворения всей первой оболочки 1303. Формирование электродов 1301*, 1301** согласно настоящему изобретению, показанных на фиг. 17д, 17Ь, теперь завершено. Однако не только электроды 1301*, 1301** согласно настоящему изобретению способны действовать в качестве электродов, но также и прото-электроды 1301', 1301' после вхождения неизолированной области их тела 1302 электрода в контакт с текучей средой 1320 организма.

Этот пример также типичен при использовании второй оболочки в виде гофрированной трубки. Вторая оболочка предварительной ступени или прото-электродов согласно настоящему изобретению, показанных на фиг. 1а-1д, 2, 3, 4, 5а-5с, 6, 7, 8, 9, 10а, 10Ь, 15, 15а может, таким образом, содержать части в виде гофрированных трубок, которые после растворения первой оболочки переходят в гофрированные трубки, окружающие тело электрода.

Аналогичным образом, некоторые или все электроды и прото-электроды, содержащиеся в пучке электродов согласно настоящему изобретению, показанном на фиг. 11а-11с и 12а, 12Ь, а также содержащиеся в матрице электродов согласно настоящему изобретению, показанном на фиг. 13а, 13Ь, и 14, могут содержать такие части второй оболочки, выполненные в виде гофрированной трубки.

Кроме того, вторая оболочка имплантируемого термически экранированного полупроводникового прото-элемента и соответствующего экранированного полупроводникового элемента по фиг. 16 и 16а соответственно может содержать части в виде гофрированной трубки.

Дополнительные вариации прото-электрода согласно настоящему изобретению.

Прото-электрод 1401 по фиг. 18а отличен от прото-электрода по фиг. 176 зубцами 1407' второй оболочки 1404 в виде гофрированной трубки, заполненной материалом шляпки 1407, растворимым в водной текучей среде организма. Ввиду этого при введении существенно уменьшено трение между прото-электродом и мягкой тканью. При необходимости материал, отличный от материала шляпки 1407, может быть использован для заполнения зубцов 1407', например материал первой оболочки.

- 14 029491

Прото-электрод 1401' по фиг. 18Ь отличен от прото-электрода по фиг. 18а тем, что материал шляпки 1407 использован не только для заполнения зубцов 1407', но и для заливки частей прото-электрода, покрытых второй оболочкой. Таким образом, прото-электрод 1401' укреплен и может быть вставлен в мягкую ткань с минимальным риском поломки. Элементы, идентифицированные позиционными обозначениями 1502, 1503, 1510 и 1511, соответствуют позиционным обозначениям 1302, 1303, 1310 и 1311 на фиг. 17ά. Прото-электрод 1501 осесимметричен относительно его центральной оси Е'-Е'.

Элементы, идентифицированные позиционными обозначениями 1402, 1403, 1410 и 1411, соответствуют обозначениям, идентифицированным позиционными обозначениями 1302, 1303, 1310 и 1311 по фиг. 17ά. Прото-электроды 1401, 1401' вращательно-симметричны относительно их центральной оси Е'Е'.

Вариации первой ступени прото-электрода по фиг. 17ά.

Вращательно-симметричная предварительная ступень электрода 1501 по фиг. 19а соответствует предварительной ступени электрода по фиг. 174. за исключением плоскости радиального разреза А-А, перпендикулярной длинной оси Р-Р электрода, размещенной дистально относительно переднего конца тела 1502. Отрезание предварительной ступени электрода 1501 в этой плоскости образует протоэлектрод 1501' с плоской передней поверхностью 1506, который отличен от соответствующего протоэлектрода 1301 по фиг. 17с дистальным концом тела электрода 1502, сдвинутым во внутреннем направлении на небольшое расстояния от плоскости разреза А-А/передней грани 1506 и полностью введенным в первую оболочку 1503. Вследствие этого тело электрода соответствующего электрода согласно настоящему изобретению сдвинуто на расстояние И во внутреннее пространство, определенное гофрированными трубками, образующими вторую оболочку 1504. В результате этого передний конец тела электрода 1502 дополнительно экранирован от контакта со смежной мягкой тканью и ткань, таким образом, защищена от тепла, вырабатываемого на переднем конце тела 1502 электрода. Элементы, идентифицированные позиционными обозначениями 1510 и 1511, соответствуют элементам 1310, 1311 на фиг. 17с,

17а.

Материалы.

Тело электрода.

Тело электрода предпочтительно выполнено из благородного металла или сплава благородных металлов или сплава, содержащего благородные металлы, такие как золото, серебро, платина, иридий, но другие биологически приемлемые металлы, такие как нержавеющая сталь и тантал, а также позолоченная медь могут также быть использованы. Вместо металла или сплава металлов тело электрода может содержать (или состоять из) электрически проводящий полимер, но это не предпочтительно. В качестве альтернативы тело электрода может быть выполнено из ядра непроводящего полимерного материала, покрытого металлом, в частности благородным металлом. Части тела электрода, которые электрически не изолированы от текучей среды ткани после удаления первой оболочки, предпочтительно могут быть снабжены элементами или структурами увеличения поверхности, такими как шероховатая поверхность, лес проводящих нанопроводников, например углеродных нанопроводников, или быть пористыми. Структуры увеличения поверхности этого вида будут уменьшать импеданс тела электрода. Электрическое соединение тела электрода с блоком управления может быть обеспечено отдельным электрическим проводником, соединяющим заднюю часть электрода и блок управления, или телом электрода непосредственно, причем задняя его секция работает как соединительный проводник. В этом случае задняя секция должна быть электрически изолированной.

Первая оболочка.

Электрод согласно настоящему изобретению введен в один или большее количество биологически совместимых материалов первой оболочки или покрыт такими материалами, которые могут быть выполнены с возможностью растворения в воде, набухания и/или разложения. При введении в два или большее количество из таких материалов они отличны по своей скорости растворения. Предпочтительные материалы первой оболочки представляют собой растворимые в воде углеводы и белки, а также их смеси. Однако также возможно использовать не растворимые в воде полимерные материалы, набухающие в воде и/или разлагаемые в текучей среде организма. Подходящий материал первой оболочки, временем растворения которого можно управлять, получен посредством неоднократного кипячения и охлаждения водного раствора сахара или смеси сахаров, выбранных из сахарозы, лактозы, маннозы, мальтозы и органической кислоты, выбранной из лимонной кислоты, яблочной кислоты, фосфорной кислоты, виннокаменной кислоты. Посредством выбора определенных комбинаций сахара(-ов) и органической кислоты(-т) возможно получить материалы с различными временами растворения. Желатин может также быть использован в качестве материала первой оболочки. Известно, что различные типы желатина или основанные на желатине материалы обладают различными скоростями растворения. При наличии в первой оболочке из растворимого в воде или набухающего материала двух или большего количества секций, расположенных вдоль тела электрода, выбор надлежащей комбинации желатинов обеспечивает дальнюю секцию с первой оболочкой и более коротким временем растворения и ближнюю секцию с первой оболочкой и более продолжительным временем растворения. Использование основанного на сахаре материала первой оболочки для дальней секции с первой оболочкой и основанного на желатине материала

- 15 029491 первой оболочки для ближней секции с первой оболочкой или наоборот также возможно, как и использование желатина для дальней секции с первой оболочкой и гуммиарабика для ближней секции с первой оболочкой. Выбор дополнительных полезных комбинаций материалов для первой оболочки, таких как различные типы растительных клеев, легко выполняем специалистом в данной области техники. При необходимости могут также быть использованы материалы для первой оболочки с существенно более длительными временами растворения, такие как модифицированный коллаген, производные целлюлозы, модифицированный крахмал или другие биологически совместимые материалы, такие как полигликолевая кислота.

Вторая оболочка.

В принципе могут быть использованы полимерные материалы всех типов, подходящие для электрической изоляции. Однако микроструктура микроэлектрода-предшественника согласно настоящему изобретению, которая должна быть выполнена посредством нанесения полимера, ограничивает количество способов использования и подходящих полимеров. Хотя предпочтительно осаждение мономера из газовой фазы, например, для образования оболочки из парилена, также применимо погружение тела электрода, покрытого растворимым в воде/набухающим/разлагаемым материалом первой оболочки, в раствор полимера или преполимера, удаление его из раствора и испарение растворителя, при необходимости обеспечивающее возможность затвердевания преполимера. В способе погружения следует использовать растворитель полимера, не взаимодействующий с растворимым в воде, и/или набухающим, и/или разлагаемым материалом, в частности неполярный растворитель, такой как алкан или алкен, или циклоалкан или неполярный ароматический растворитель или смесь таких растворителей, в частност, пентан или гексан, а также диэтиловый эфир или дихлорометан. Подходящие полимеры представляют собой биологически совместимые разновидности полиуретана, полиуретанмочевины и полиимида.

При необходимости полимерная изолирующая оболочка прото-электрода, пучка прото-электродов или матрицы прото-электродов согласно настоящему изобретению или корпус из растворимого в воде материала на этой оболочке могут быть покрыты, полностью или частично, биологически совместимым скользящим средством для уменьшения трения во время введения в ткань. Подходящие скользящие средства включают монопальмитат глицерина, дипальмитат глицерина, моностеарат глицерина, дистеарат глицерина, пальмитиловый спирт, стеариловый спирт. Тонкая оболочка из скользящего средства может быть нанесена, например, напылением раствора средства в этаноле или этилацетате.

Пучки электродов.

Пучок прото-электродов согласно настоящему изобретению может быть связан различными способами, например, посредством заделки их частей с задними концами в основание из полимера или другого материала или посредством соединения их частей с задними концами клеем. Соединение в пучок может быть временным, например, для удержания электродов в фиксированном взаиморасположении до и во время введения в мягкую ткань, или постоянным.

Растворимый в воде или разлагаемый клей или основа с соответствующими свойствами обеспечивает возможность прото-электродам или электродам проводить быстрое или медленное разъединение после введения. Набухающий, но нерастворимый в воде клей или материал основания обеспечивает возможность введенным прото-электродам и выполненным из них электродам согласно настоящему изобретению выполнять смещение ограниченным образом, тогда как нерастворимый и ненабухающий клей или материал основания ограничивает их перемещение изгибом, и если они разработаны растяжимыми, изменениями длины.

Отдельные электроды из пучка электродов согласно настоящему изобретению могут быть отличными по длине. Например, центральный электрод пучка может быть длиннее периферических электродов пучка для обеспечения центральной точки пучка.

После введения в мягкую ткань происходит преобразование прото-электродов из пучка протоэлектродов в электроды согласно настоящему изобретению и, тем самым, преобразование пучка протоэлектродов в пучок электродов согласно настоящему изобретению.

Матрицы электродов.

В настоящей заявке матрица из электродов или матрица из пучков электродов представляет собой устройство, содержащее конструкцию из двух или большего количества прото-электродов или связок прото-электродов согласно настоящему изобретению, размещенную на по меньшей мере одной грани электрически не проводящего элемента поддержки. Матрица из электродов или матрица из пучков электродов может также содержать варианты реализации элементов согласно настоящему изобретению, отличных от электродов, например, полупроводниковых элементов, показанных на фиг. 15а, 16а. Предпочтительны тонкие элементы поддержки из подходящего полимера, например полипропилена, полиакрилат, поликарбоната и парилена С, содержащие, по существу, только две грани. Элементы поддержки могут быть выполнены плоскими, но также и искривленными. Электроды могут быть установлены на обеих поверхностях элемента поддержки. Прото-электроды и прото-электроды связок электродов, прикрепленных к элементу поддержки, выдвинуты из элемента поддержки под определенным углом, в частности под углом, составляющим от примерно 15 до примерно 75° и даже до примерно 90°, охватывая продольную ось прото-электрода или пучка прото-электродов и ее проекцию на монтажную грань элемента под- 16 029491 держки, и/или под углом примерно от 15 до примерно 75°, охватывая продольную ось прото-электрода или пучка прото-электродов и центральную продольную ось элемента поддержки. Элемент поддержки может содержать поры или быть полупроницаемым для текучих сред организма, то есть быть проницаемым по меньшей мере для воды и солей.

После введения в мягкую ткань происходит преобразование прото-электродов из матрицы протоэлектродов в электроды согласно настоящему изобретению и, таким образом, преобразование матрицы прото-электродов в матрицу электродов согласно настоящему изобретению.

Элемент поддержки матрицы электродов согласно настоящему изобретению может быть выполнен из материала, растворимого или разлагаемого в мягкой ткани. Подходящие материалы включают указанные выше подходящие растворимые в воде, и/или набухающие, и/или разлагаемые материалы первой оболочки.

Элемент поддержки матрицы электродов может быть оборудован блоком управления, таким как блок, содержащий или образованный из следующего: электронный чип, имеющий электрический контакт с отдельными проводниками электродов. Блок управления может содержать блок электрического стимулирования ткани и/или усилитель(-и) сигнала для измерения электрических сигналов от нервной ткани или быть в электрическом контакте с ними.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Микроэлектрод (1) для имплантации, содержащий гибкое продолговатое тело (2) электрода из электрически проводящего материала, имеющее передний конец (9) и задний конец (11), причем тело (2) электрода содержит или, по существу, образовано из следующего: металл или металлический сплав, или электрически проводящая разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинация, первую оболочку (3) из растворимого в воде, и/или набухающего, и/или разлагаемого материала, расположенную на теле (2) электрода и проходящую вдоль тела (2) электрода, по меньшей мере, поверх части, проходящей от его переднего конца (9) по направлению к его заднему концу (11), и вторую оболочку (4) из электрически изолированного нерастворимого в воде гибкого полимерного материала, расположенную на первой оболочке (3) и содержащую одно или большее количество сквозных отверстий на переднем конце (9) тела (2) электрода или рядом с ним для обеспечения доступа к первой оболочке (3).
2. Микроэлектрод (1) по п.1, в котором материал первой оболочки (3) легко растворим в водной текучей среде организма, такой как глюкоза, или представляет собой материал, который трудно растворим в водной текучей среде организма, такой как ацетат глюкозы, или представляет собой материал с промежуточной растворимостью, такой как частично ацетилированная глюкоза.
3. Микроэлектрод (1) по п.2, в котором материал первой оболочки (3) представляет собой комбинацию двух или большего количества материалов с различной растворимостью и/или скоростью растворения.
4. Микроэлектрод (1) по п.3, в котором указанная комбинация представляет собой комбинацию из низкомолекулярного углевода и пептида или белка.
5. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-4, в котором области поверхности первой оболочки (3), не покрытые второй оболочкой (4), покрыты третьей оболочкой из биологически совместимого материала, выполненного с возможностью растворения в водной текучей среде организма, причем третья оболочка замедляет доступ водной текучей среды организма к первой оболочке (3).
6. Микроэлектрод (1) по п.5, в котором материал третьей оболочки выбран из группы, образованной из следующего: шеллак, материал КоШсоа!® ΙΚ, материал, выполненный с возможностью формирования геля при контакте с водной текучей средой организма, такой как желатин или производная целлюлозы, например гидроксипропилметиловая целлюлоза, желатин, перекрестно сшитый с 1-(3диметиламинопропил)-3-этилкарбодиимидом.
7. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-6, в котором передний конец (9) тела (2) электрода совпадает с передним концом (9) первой оболочки (3) и второй оболочки (4).
8. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-7, в котором тело (2) электрода выполнено из непроводящего полимерного материала, покрытого металлом, в частности благородным металлом.
9. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-8, в котором тело (2) электрода выполнено с возможностью электрического соединения с блоком (330) управления посредством электрического проводника.
10. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-8, в котором тело (2) электрода содержит на своем заднем конце устройство для беспроводной связи с блоком (330) управления.
11. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-10, в котором материал второй оболочки (4) имеет толщину стенок, которая, по существу, меньше диаметра тела (2) электрода и толщины стенок первой оболочки (3) в пять раз, или десять раз, или более.
12. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-11, в котором диаметр тела (2) электрода составляет от 1 до 100 мкм, в частности от 2 до 10, или 25, или 40 мкм, причем толщина стенок второй оболочки (4) со- 17 029491 ставляет от 2 до 5 мкм или более, например до 20 мкм или более.
13. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-11, в котором материал второй оболочки (4) выбран из парилена, в частности парилена С, тефлона, полиуретана, полиимида, различных видов силиконов и синтетического или натурального каучука.
14. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-11, содержащий один или большее количество элементов крепления.
15. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-14, в котором первая оболочка (3) содержит две или большее количество смежных секций, проходящих вдоль тела (2) электрода.
16. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-15, в котором первая оболочка (3) или ее секция содержит один или большее количество фармакологически активных ингредиентов.
17. Микроэлектрод (1) по п.14 или 15, в котором две или большее количество смежных секций отличны по своим свойствам растворимости, и/или набухания, и/или разложения в водной текучей среде организма и/или по содержанию в них фармакологически активного агента или фармакологически активных агентов.
18. Микроэлектрод (1) по п.16 или 17, в котором фармакологически активный агент или фармакологически активные агенты выбран или выбраны из группы, содержащей агенты, влияющие на функцию синапсисов нерва, нейролептические средства, седативные средства, аналгезирующие средства, средства, оказывающиее трофический эффект на невроциты, векторы генов, предназначенные для длительного воздействия, противовоспалительные средства, противосвертывающие средства, блокаторы β-рецептора, антитела и питательные средства.
19. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-18, дополнительно содержащий камеру (715) с емкостью для лекарственного средства, расположенную в его заднем конце или вблизи его переднего конца, при этом камера (715) с емкостью для лекарственного средства на своем переднем конце выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с трубчатой колонной текучей среды организма, накопленной в промежутке между телом (2) электрода и второй оболочкой, и выполнена с возможностью соединения на своем заднем конце с трубкой, посредством которой обеспечена возможность подачи водной текучей среды в камеру (715).
20. Микроэлектрод (1) по п.19, в котором камера (715) содержит фармакологически активный агент.
21. Микроэлектрод (1) по любому из пп.1-20, в котором вторая оболочка (4) содержит часть в виде гофрированной трубки, которая при необходимости электрически экранирована.
22. Пучок (800') микроэлектродов, содержащий по меньшей мере два микроэлектрода (1) по любому из пп.1-21, связанных посредством заделки частей их задних концов в основание из полимера или другого материала или посредством соединения частей их задних концов клеем.
23. Матрица (1001) микроэлектродов, содержащая пучки (800') микроэлектродов по п.22, размещенные по меньшей мере на одной грани электрически непроводящей опоры и прикрепленные к указанной грани.
24. Микроэлектрод (1) для имплантации, содержащий гибкое продолговатое тело (2) электрода из электрически проводящего материала, имеющее передний конец (9) и задний конец (11) и содержащее или образованное из следующего: металл или металлический сплав, или электрически проводящая разновидность углерода, или электрически проводящий полимер, или их комбинация, и первую оболочку (3) из растворимого в воде, и/или набухающего, и/или разлагаемого материала, расположенную на теле (2) электрода и проходящую вдоль тела (2) электрода, по меньшей мере, поверх части, проходящей от его переднего конца (9) по направлению к его заднему концу (11), и вторую оболочку (4) из электрически изолированного нерастворимого в воде гибкого полимерного материала, проходящую поверх первой оболочки (3) от ее переднего конца по направлению к ее заднему концу и содержащую одно или большее количество сквозных отверстий для обеспечения доступа к первой оболочке (3), при этом микроэлектрод (1) содержит промежуток (8) между телом (2) электрода и второй оболочкой (4).
25. Способ введения микроэлектрода (1) по любому из пп.1-21 в мягкую ткань, согласно которому вводят микроэлектрод (1) в мягкую ткань передним концом (9), уравновешивают микроэлектрод (1) в ткани с использованием водной текучей среды организма, чтобы удалить растворимую в воде первую оболочку (3) путем растворения или разложения или обеспечить поглощение ею воды и ее набухание, что обеспечивает создание столба из текучей среды организма, расположенного между телом (2) электрода и второй оболочкой (3), при условии, что доступ текучей среды организма к растворимой в воде первой оболочке (3) обеспечен на переднем конце (9) микроэлектрода (1) или рядом с ним посредством одного или большего количества сквозных отверстий во второй оболочке (4).
26. Применение микроэлектрода (1) по п.1, или пучка (800') микроэлектродов по п.22, или матрицы (1001) микроэлектродов по п.23 для обеспечения электростимуляции структур мягкой ткани, таких как нейроны, или для записи электрических сигналов, исходящих от таких структур, или для денервации таких структур, или для комбинированной доставки лекарственных средств, или записи сигналов от нев- 18 029491 роцитов, или для стимуляции невроцитов.
27. Система для имплантации, содержащая микроэлектрод (1) по любому из пп.1-9, 11-24 и полупроводниковый элемент (1102) для усиления сигнала, получаемого от блока (1009) управления, при этом полупроводниковый элемент (1102) присоединен передним концом к телу (1103) электрода, а задним концом - к изолированным металлическим проводам (1106) блока (1009) управления и внедрен в первую оболочку (1104) микроэлектрода.