專利名稱：起搏器及其起搏器電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種起搏器及其起搏器電極，尤其涉及一種基于碳納米管的起搏器及 其起搏器電極。
背景技術(shù)：
巴金森疾病(Parkinson’ s disease)是一種慢性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)疾病，病因 目前仍不明，推測和腦細(xì)胞快速退化，而無法制造足夠的神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)多巴胺(Dopamine) 有關(guān)。由于腦內(nèi)需要多巴胺物質(zhì)來達(dá)到指揮肌肉的活動(dòng)，因此缺乏多巴胺會(huì)使病人產(chǎn)生活 動(dòng)障礙的癥狀，例如震顫、僵直、運(yùn)動(dòng)遲緩等，進(jìn)而影響了患者的生活質(zhì)量。目前，巴金森疾病除了藥物治療外，患者亦可利用外科手術(shù)植入一腦部起搏器 (brain pacemaker)來緩和病人的不適癥，通過腦部起搏器傳遞電子脈沖刺激腦部細(xì)胞的 方法，達(dá)到以控制的方式改變腦部活動(dòng)的目的。如圖1所示，現(xiàn)有腦部起搏器1包括一脈沖發(fā)生器10、一起搏器電極11以及一連 接線12。脈沖發(fā)生器10是用以產(chǎn)生電脈沖信號；起搏器電極11 一般由多條鉬金屬電極線 構(gòu)成，電極線表面包覆有絕緣層，電極線一端形成有一不包覆絕緣層的鉬金屬刺激觸點(diǎn)，放 置于腦部特定區(qū)域，用于傳遞電脈沖信號以刺激腦細(xì)胞；連接線12為一包覆有絕緣材料的 電導(dǎo)線，用于連接起搏器電極11與脈沖發(fā)生器10 ；脈沖發(fā)生器10設(shè)置于患者身上，通過經(jīng) 頸部繞到耳后的連接線12與起搏器電極11相連。脈沖發(fā)生器10由一電池驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生電 脈沖信號，信號藉由連接線12、起搏器電極11傳遞到腦部特定區(qū)域后釋放，從而干涉神經(jīng) 細(xì)胞的活動(dòng)以調(diào)節(jié)神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)的釋放，達(dá)到改變腦部活動(dòng)的目的。由于現(xiàn)有技術(shù)中的起搏器電極11由鉬金屬電極線構(gòu)成，因此⑴價(jià)格相對昂貴； (2)彈性不足，在活動(dòng)中容易對人體組織造成損傷；(3)鉬金屬線做的越細(xì)，其電阻率顯著 增加，導(dǎo)致電脈沖信號減弱，從而對治療效果產(chǎn)生影響；(4)現(xiàn)有技術(shù)下，鉬金屬線無法做 得很細(xì)(如小于10微米)，因此，可同時(shí)植入人體內(nèi)的電極線數(shù)量有限，從而能一次同時(shí)治 療的區(qū)域有限，影響治療效果；(5)鉬金屬抗腐蝕性較弱，在人體長期的活動(dòng)中及體液的腐 蝕下，易出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象，導(dǎo)致起搏器壽命縮短或治療效果降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于碳納米管的起搏器及其起搏器電極?！N起搏器電極，包括至少一電極線，所述每一電極線由一本體以及一絕緣層構(gòu) 成，絕緣層包覆于本體表面，所述本體一末端具有一裸露部，其中，所述本體包括至少一碳 納米管線，所述每一碳納米管線包括通過范德華力首尾相連的多個(gè)碳納米管。一種起搏器，包括一脈沖發(fā)生器、一起搏器電極以及一連接線，所述脈沖發(fā)生器、 連接線、起搏器電極依次以串聯(lián)的方式電連接，所述起搏器電極包括至少一電極線，每一電 極線由一本體以及一絕緣層構(gòu)成，絕緣層包覆于本體表面，所述本體一末端具有一裸露部， 其特征在于，所述本體包括至少一碳納米管線，所述每一碳納米管線包括通過范德華力首尾相連的多個(gè)碳納米管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述起搏器及其起搏器電極，起搏器電極由至少一碳納 米管線構(gòu)成，因此具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)使起搏器電極以及起搏器整體成本降低；(2)起搏器 電極具有更好的彈性，從而不易損傷人體組織；(3)起搏器電極線具有更好的導(dǎo)電性，尤其 是在起搏器電極線較細(xì)的情況下，仍然具有良好的導(dǎo)電性；(4)碳納米管可以做得很細(xì)(如 小于10微米)，因此起搏器電極也可以做得很細(xì)，從而使得應(yīng)用中可同時(shí)插入多條起搏器 電極以刺激不同的治療區(qū)域，達(dá)到更好的治療效果；(5)起搏器電極具有更好的耐腐蝕性， 能夠延長起搏器的壽命并且保證治療效果。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中起搏器的示意圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例所述起搏器的示意圖。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例所述起搏器電極的示意圖。圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例所述起搏器電極線的橫截面示意圖。圖5是非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖6是扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖7是多條碳納米管線緊密平行排列形成一束狀結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8是多條碳納米管線相互纏繞形成一束狀結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9是本發(fā)明第一實(shí)施例所述起搏器連接線的示意圖。主要元件符號說明起搏器1，2脈沖發(fā)生器 10，20起搏器電極 11，21連接線12，22電極線211連接端212，223固定件213固定環(huán)213a固定翼213b本體2111碳納米管線 2111a絕緣層2112，222裸露部2113線芯22具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所述起搏器及其起搏器電極。請參照圖2所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種起搏器2，其包括一脈沖發(fā)生器20、 一起搏器電極21以及一連接線22。所述連接線22用于電連接所述脈沖發(fā)生器20及起搏器電極21。所述脈沖發(fā)生器20發(fā)出的電脈沖信號通過所述連接線22與起搏器電極21作 用于人體。所述的脈沖發(fā)生器20包括外殼、電源、電脈沖發(fā)生電路、控制電路、接口等。所述 外殼材料為鈦金屬，用于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所述電源用于為脈沖發(fā)生器提供動(dòng)力，電脈沖發(fā)生電 路用于產(chǎn)生電脈沖信號，控制電路用于控制所述電脈沖發(fā)生電路以產(chǎn)生不同的電脈沖信 號，所述接口用于與連接線22電連接。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖信號藉由連接線22、起搏 器電極21傳遞到腦部特定區(qū)域后釋放，用于刺激標(biāo)的細(xì)胞，例如腦部細(xì)胞C(如圖2所示) 或是心臟肌肉細(xì)胞。請參照圖3及圖4，本實(shí)施例所述起搏器電極21包括至少一電極線211，進(jìn)一步 的，所述起搏器電極21可包括一連接端212以及一固定件213。所述連接端212以及固定 件213分別套設(shè)于所述至少一電極線211相對的兩端。所述連接端212為具有外螺紋的圓 柱結(jié)構(gòu)，其直徑根據(jù)起搏器電極21直徑的不同為1毫米至3毫米，其材料為鉬金屬或鉬銥 合金。所述起搏器連接端可固定于人體內(nèi)如腦殼、靠近心臟的人體肌肉內(nèi)等。所述電極線 211可通過該連接端212與連接線22電連接。所述固定件213固定于所述電極線211的外 表面，可嵌入到人體組織內(nèi)，用于進(jìn)一步固定所述起搏器電極21，防止起搏器電極21從人 體內(nèi)滑動(dòng)、脫出。當(dāng)所述起搏器電極21包括多條電極線211時(shí)，所述多條電極線211平行 緊密排列形成一束狀整體結(jié)構(gòu)，連接端212及固定件213分別套設(shè)于所述束狀整體結(jié)構(gòu)相 對的兩端。所述固定件213包括一固定環(huán)213a及多個(gè)固定翼213b，其材料可為聚氨酯 (polyurethane)或高純硅橡膠等具有生物兼容性的高分子材料。所述固定環(huán)213a為一圓 筒狀結(jié)構(gòu)，所述固定翼213b為由該固定環(huán)213a的外表面向遠(yuǎn)離固定環(huán)213a的中心軸方向 延伸的棒狀結(jié)構(gòu)，其軸向與固定環(huán)213a中心軸的夾角為30°至60°，且其延伸方向?yàn)楸畴x 固定件213所在的電極線211的一端，從而形成倒鉤結(jié)構(gòu)。所述固定件213植入人體后，固 定翼213b被人體纖維組織包繞，從而進(jìn)一步牢固的固定所述起搏器電極21。所述每一電極線211由一本體2111與一絕緣層2112構(gòu)成，所述絕緣層2112包覆 于本體2111的外表面。所述本體2111—末端具有一裸露部2113，所述裸露部2113為所述 本體2111從絕緣層2112暴露出來的部分，裸露部2113的長度可為0. 5毫米至2毫米。裸 露部2113作為起搏器電極21的刺激觸點(diǎn)，刺激觸點(diǎn)與人體細(xì)胞接觸，將脈沖發(fā)生器20產(chǎn) 生的電脈沖信號傳遞到人體細(xì)胞。所述固定件213設(shè)置于電極線211具有裸露部2113的 一端。所述裸露部2113與固定件213之間的距離可為3毫米至5毫米。所述絕緣層2112 為具有生物兼容性的高分子材料，如聚氨酯(polyurethane)、高純硅橡膠等。所述絕緣層 2112的厚度為1微米至50微米。所述本體2111包括至少一碳納米管線2111a，所述碳納米管線2111a的直徑范圍 約為1微米至200微米，形成所述本體2111直徑范圍為1微米至2毫米，優(yōu)選的，所述本體 2111的直徑范圍為1微米至10微米。所述碳納米管線2111a可以為多根碳納米管組成的 非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。如圖5所示，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)沿碳納米管線軸向延伸并首尾相連 的碳納米管。優(yōu)選的，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)碳納米管片段。該多個(gè)碳納米管片 段通過范德華力(Van de Waals Force)首尾相連。每一碳納米管片段包括多個(gè)相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管，且多個(gè)碳納米管沿所述碳納米管線的軸向擇優(yōu)取向 延伸，所述碳納米管可為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，或者是其組合。該 碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。如圖6所示，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)繞碳納米管線軸向螺旋延伸的碳納米 管。優(yōu)選的，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)碳納米管片段。該多個(gè)碳納米管片段通過范德華 力首尾相連。每一碳納米管片段包括多個(gè)相互平行并通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管， 且多個(gè)碳納米管沿所述碳納米管線的軸向螺旋狀旋轉(zhuǎn)延伸，所述碳納米管可為單壁碳納米 管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，或者是其組合。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、 均勻性及形狀。所述碳納米管線可通過拉伸一碳納米管陣列的方法制備，主要包括以下步驟首先，制備碳納米管陣列，主要包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或 N型硅基底，或選用形成有氧化層的硅基底，本實(shí)施例優(yōu)選為采用4英寸的硅基底；(b)在 基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意 組合的合金之一 ；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700 900°C的空氣中退火約30分 鐘 90分鐘；(d)將處理過的基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500 740°C， 然后通入碳源氣體反應(yīng)約5 30分鐘，生長得到碳納米管陣列，其高度大于100納米，優(yōu)選 為100納米 10毫米。在本實(shí)施例中，所述的碳納米管陣列可以是單壁碳納米管陣列、雙 壁碳納米管陣列、多壁碳納米管陣列或其混合物，該碳納米管陣列為多個(gè)彼此平行且垂直 于基底生長的碳納米管形成的純碳納米管陣列?？梢岳斫猓鎏技{米管陣列的制備方法 還可以為電弧放電法、激光蒸發(fā)法等其它方法。其次，制備非扭轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線，其中，制備非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線主要包 括(a)從碳納米管陣列中選取多個(gè)碳納米管，在本實(shí)施例中，采用具有一特定寬度的膠 帶、一鑷子或一針尖接觸碳納米管陣列以選定多個(gè)碳納米管；(b)以一特定速度沿垂直于 碳納米管陣列生長方向拉伸所述多個(gè)碳納米管，所述的多個(gè)碳納米管在拉力作用下沿拉伸 方向逐漸脫離碳納米管陣列的基底，并且由于范德華力作用，選定的多個(gè)碳納米管分別與 相鄰的其它碳納米管首尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成碳納米管線結(jié)構(gòu)。而制備扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的方法為，將通過上述方法制備的碳納米管線結(jié)構(gòu)粘附 有拉伸工具的一端固定于一旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，扭轉(zhuǎn)該碳納米管線結(jié)構(gòu)，從而形成一扭轉(zhuǎn)的碳納 米管線。進(jìn)一步的，可將通過上述方法制備的非扭轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線通過有機(jī)溶劑，或 者通過高聚合物溶液處理形成碳納米管線聚合物，以進(jìn)一步提高碳納米管線的強(qiáng)度。請參閱圖7及圖8，當(dāng)所述本體2111包括多條碳納米管線2111a時(shí)，所述多條碳 納米管線2111a可緊密平行排列形成一束狀結(jié)構(gòu)或以相互纏繞形成一束狀結(jié)構(gòu)。圖7為本 發(fā)明所述本體2111由多條碳納米管線2111a緊密平行排列形成一束狀結(jié)構(gòu)的示意圖。圖 8為本發(fā)明所述本體2111由多條碳納米管線2111a以零螺距的方式沿起搏器電極21的軸 向螺旋狀并行旋轉(zhuǎn)排列形成束狀結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8所示的由多條碳納米管線螺旋狀旋轉(zhuǎn)排列形成束狀結(jié)構(gòu)的本體2111可通過 以下方法制備將所述多條碳納米管線2111a沿一支撐軸(圖未示)軸向以零螺距的方式 并行旋轉(zhuǎn)排列，然后抽去支撐軸的方式形成；也可通過將多條碳納米管線2111a—端固定， 然后扭轉(zhuǎn)多條碳納米管線2111a另一端的方式形成；亦可通過以相反方向的力同時(shí)扭轉(zhuǎn)多條碳納米管線2111a的兩端形成。由于起搏器電極21中的碳納米管線2111a為螺旋狀旋 轉(zhuǎn)排列結(jié)構(gòu)，因此使起搏器電極21具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，并使所述的起搏器電極21在一定的強(qiáng) 度下仍然具有較好的彈性。請參照圖9，本實(shí)施例所述連接線22包括一線芯221、一絕緣層222，所述絕緣層 222包覆于所述線芯221的外表面，其材料和厚度與前面所述絕緣層2112的材料相同。進(jìn) 一步的，所述連接線22包括兩連接端223，所述兩連接端223分別位于所述連接線22相對 的兩端。所述線芯221可采用一金屬線，其材料為鉬金屬或鉬銥合金?；蛘?，所述連接線22 的線芯221可進(jìn)一步采用與電極線211中本體2111相同的結(jié)構(gòu)和材料。所述兩連接端223 為具有內(nèi)螺紋的空心圓柱結(jié)構(gòu)，其直徑、螺紋螺距與所述起搏器電極21的連接端212相匹 配，其材料為鉬金屬或鉬銥合金。所述兩連接端223均與連接線22電連接，其中一連接端 用于與脈沖發(fā)生器20電連接，一連接端用于與起搏器電極21的連接端212電連接。即所 述脈沖發(fā)生器20、連接線22以及起搏器電極21依次以串聯(lián)的方式電連接。實(shí)際生產(chǎn)中，所述連接線與起搏器電極也可以一體化制備形成一體結(jié)構(gòu)，所述一 體結(jié)構(gòu)的直徑可小于10微米。并且，一條連接線22可通過連接端223同時(shí)與多條起搏器 電極21電連接，所述多條起搏器電極21可將其連接端固定于人體內(nèi)如頭骨或靠近心臟的 人體肌肉組織內(nèi)。所述起搏器應(yīng)用時(shí)，將起搏器電極的刺激觸點(diǎn)與待治療區(qū)域的細(xì)胞C接觸，啟動(dòng) 起搏器脈沖發(fā)生器，連接線將脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖信號傳導(dǎo)到起搏器電極，然后起搏 器電極將電脈沖信號傳遞到治療區(qū)域的細(xì)胞C，達(dá)到刺激細(xì)胞的目的。根據(jù)病情需要，可同 時(shí)使用多條起搏器電極，每條起搏器電極分別接觸不同深度、不同位置的治療區(qū)域。本發(fā)明所述起搏器及其起搏器電極，起搏器電極由至少一碳納米管線構(gòu)成，因此， 第一，可以使起搏器電極以及起搏器整體成本降低；第二，起搏器電極具有更好的彈性，從 而不易損傷人體組織；第三，使起搏器電極具有更好的導(dǎo)電性，尤其是在起搏器電極較細(xì)的 情況下，仍然具有良好的導(dǎo)電性；第四，碳納米管可以做得很細(xì)(如小于10微米)，因此起 搏器電極也可以做得很細(xì)，從而使得應(yīng)用中可同時(shí)插入多條起搏器電極以刺激不同的治療 區(qū)域，達(dá)到更好的治療效果；第五，起搏器電極具有更好的耐腐蝕性，能夠延長起搏器的壽 命并且保證治療效果。本發(fā)明所述的起搏器可作為腦部起搏器(brain pacemaker)或是心臟起搏器 (cardiac pacemaker)0另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本技術(shù)方案精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本 技術(shù)方案精神所做的變化，都應(yīng)包含在本技術(shù)方案所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種起搏器電極，包括至少一電極線，所述每一電極線由一本體以及一絕緣層構(gòu)成，所述絕緣層包覆于所述本體表面，所述本體一末端具有一裸露部，其特征在于，所述本體包括至少一碳納米管線，所述每一碳納米管線包括通過范德華力首尾相連的多個(gè)碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的起搏器電極，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管沿碳納米管線的 軸向擇優(yōu)取向延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的起搏器電極，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管繞碳納米管線的 軸向螺旋狀延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的起搏器電極，其特征在于，所述的碳納米管線的直徑為1微米至 200微米。
5.如權(quán)利要求1所述的起搏器電極，其特征在于，所述本體的直徑為1微米至2毫米。
6.如權(quán)利要求5所述的起搏器電極，其特征在于，所述本體的直徑為1微米至10微米。
7.如權(quán)利要求1所述的起搏器電極，其特征在于，所述起搏器電極包括多條平行緊密 排列的電極線。
8.如權(quán)利要求1所述的起搏器電極，其特征在于，所述本體包括多條碳納米管線。
9.如權(quán)利要求8所述的起搏器電極，其特征在于，所述多條碳納米管線緊密平行排列 形成一束狀結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的起搏器電極，其特征在于，所述多條碳納米管線相互纏繞形成 一束狀結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的起搏器電極，其特征在于，所述絕緣層的厚度為1微米至50微米。
12.一種起搏器，包括一脈沖發(fā)生器、一起搏器電極以及一連接線，所述脈沖發(fā)生器、連 接線、起搏器電極依次以串聯(lián)的方式電連接，所述起搏器電極包括至少一電極線，每一電極 線由一本體以及一絕緣層構(gòu)成，所述絕緣層包覆于所述本體表面，所述本體一末端具有一 裸露部，其特征在于，所述本體包括至少一碳納米管線，所述每一碳納米管線包括通過范德 華力首尾相連的多個(gè)碳納米管。
13.一種起搏器，包括一脈沖發(fā)生器、一起搏器電極以及一連接線，所述脈沖發(fā)生器、連 接線、起搏器電極依次以串聯(lián)的方式電連接，所述起搏器電極包括至少一電極線，每一電極 線由一本體以及一絕緣層構(gòu)成，所述絕緣層包覆于所述本體表面，所述本體一末端具有一 裸露部，所述連接線包括一線芯及一絕緣層，所述絕緣層包覆于線芯表面，其特征在于，所 述本體及線芯分別包括至少一碳納米管線，所述每一碳納米管線包括通過范德華力首尾相 連的多個(gè)碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種起搏器及起搏器電極，起搏器電極包括一本體以及一絕緣層。所述本體包括至少一碳納米管線，所述碳納米管線包括多個(gè)碳納米管，碳納米管沿本體的軸向排列并通過范德華力首尾相連；絕緣層包覆于本體的外表面。所述起搏器包括一脈沖發(fā)生器、一連接線及上述起搏器電極。
文檔編號A61N1/05GK101927057SQ20101026802
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者劉鍇, 孫穎慧, 范立, 趙文美 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司