包括电极和光源的医疗设备的制造方法

包括电极和光源的医疗设备的制造方法
【专利摘要】用于插入到软组织中的设备，包括微电极、微光源；硬化元件；在硬化元件上的柔性非导体聚合物材料的涂层；放置在设备的后端的基底，所述硬化元件包括在含水体液中可溶的或可降解的材料或者在这样的液体中可膨胀的材料以形成透明凝胶。柔性涂层具有在所述破裂或溶解或膨胀时允许从光源发射的光离开设备的远端开口。还公开了从可插入设备形成在组织中的医疗或诊断设备，其用途和将该可插入设备置于软组织中的方法。
【专利说明】
包括电极和光源的医疗设备
技术领域
[0001]本发明涉及包括用于在软组织中部署的医疗微电极和微光源的第一设备、从所述第一设备在组织中形成的第二设备、同于生产第一设备的方法以及所述设备的用途。而且，本发明涉及包括两个或更多的本发明的第一设备的束和阵列以及放置在软组织中的第二设备的对应的束和阵列。
【背景技术】
[0002]用于植入到软组织中的包括在中枢神经系统(CNS)的组织中的电极、光源和其组合的的设备具有广泛的应用领域。原则上，脑核(brain nuclei)可以由这样的设备记录或被这样的设备刺激，并且它们的功能被监视。尤其感兴趣的是用于脑核刺激的多通道设备。通过多通道设备，核组或甚至个别的核可以被分开地处理。这允许用户选择其刺激产生了治疗效果的那些核。选择性刺激应该产生优于非选择性刺激的结果。脑或脊髓的刺激在脑核退化或受损的情况下可以特别有价值。多通道设计可提供对全身性或局部性给药或对脑部和脊髓的神经元的基因转移的效果的高效测量。通过植入设备监视脑部活动可以被用于控制局部或全身药物递送或控制脑核的电刺激。通过用使得神经元表现出辐射敏感的特别是可见光敏感的离子通道的基因载体感染神经元，就可能通过辐射(特别是可见光)来刺激或抑制神经元。这被称为光遗传学技术。通过将电极装置、辐射或可见光发射装置和辐射或可见光检测装置进行组合，就可能记录通过辐射(特别是可见光)所引起的神经元活动。
[0003]这种类型的植入式设备应尽可能少地影响邻近组织。由于脑部、脊髓以及末梢神经表现出由身体移动、心跳和呼吸引起的相当大的移动，因此植入式设备能够跟随该组织的移动且相对于目标组织的位移尽可能小是重要的。
[0004]US 2011-0046148 Al公开了一种混合光-电神经接口。该接口可以包括包含多个微光极的阵列，所述微光极组合了光刺激和任选的电刺激。
[0005]US 2013-0253261 Al公开了一种使用与对由病毒载体的遗传因子转导的细胞的光刺激相结合的植入式电极从特定神经系统疾病的病人感测生物电信号来治疗该疾病的方法
[0006]US 2013-0237906 A公开了包括集成的电极和光极的基于液晶聚合物的电极-光极神经接口。
[0007]发明目的
[0008]本发明的主要目的在于提供包括微电极和微光源的用于插入到软组织中的设备，特别是一种能够灵巧地适应于周围组织中的移动的设备。
[0009]本发明的另一目的在于提供一种能够在插入到软组织中时刺激单个神经细胞或神经细胞组的上述类型的设备；
[0010]本发明的又一目的在于提供一种能够在插入到软组织中时记录源自神经细胞的光和电信号的上述类型的设备；
[0011 ]本发明的附加目的在于提供所述设备的束和阵列；
[0012]本发明的又一另一个目的在于提供用于生产本发明的可插入设备的方法。
[0013]根据下文的本发明的概述、附图中说明的各优选实施方式和根据所附权利要求书，本发明的其它目的将变得明显。

【发明内容】

[0014]在本申请中，“不溶于水”表示不可溶于含水体液，即间质或胞外液但也可以是血清。“柔性的”表示允许通过邻近所述设备的一部分的组织的移动的该部分的位移的柔性程度。所述设备的一部分的位移不必包括整个设备的位移。“电绝缘”表示在治疗人类神经元组织中使用的电压/电流处电绝缘。“长圆形(oblong)”表示长度大于其直径五倍或更多(具体地为十倍或更多)的结构。“可膨胀的”是指能够形成与含水体液接触时伴随有体积扩张(例如1.1或1.2倍)的透明凝胶。“多孔的”表示含水体液的渗透性以及在其中溶解的生物分子。
[0015]根据本发明，公开了一种插入到软组织的具有前或远端以及后或近端的医疗设备，包括:
[0016]-微电极；
[0017]-能够在远端方向中发射光的微光源；
[0018]-包括下述之一的硬化元件:
[0019]a)在含水体液中可溶解或可降解足以使得与该含水体液接触的硬化元件破裂的量的材料；
[0020]b)在含水体液中可膨胀以形成透明凝胶的材料；
[0021]-在所述硬化元件上的在所述硬化元件破裂或膨胀时防止或至少迟滞在电极和软组织之间的接触的柔性的非导体聚合物材料的涂层，所述涂层具有在所述破裂或膨胀时允许从光源发射的光离开所述设备的远端开口。
[0022]-放置在所述设备的近端的基底。
[0023]基底是非导电材料或由80%或90%或更多的这样的材料构成的是优选的。基底是大致圆形，诸如扁圆柱形形式，是优选的。该基底优选地是刚性的。
[0024]电极、光源和/或柔性材料的涂层是稳固地附着于基底并在远端方向从基底的远端面延伸是优选的。电极和光源从远端面延伸比柔性的涂层更小的距离是优选的。
[0025]可以使用任何微型光源，但使用LED或微型激光器是优选的。在本发明中，“光源”包括光纤，在其一端接收来自源的光，所述源可以由该设备包括或不包括，并且光纤在其另一远端发射所接收的光。从光源发射的光优选地是可见光，尤其是单色光，诸如红色光，但也可以是红外光。
[0026]本发明的微电极包括金属、合金或导电聚合物或碳或由金属、合金或导电聚合物或碳构成。优选的金属包括铝、银、金、铱、铂和其合金。微电极可以具有在光纤上或在聚合物涂层的面对硬化层的面上形成直的或弯曲的杆或层的形式。微电极优选地是电绝缘的，除了在近端方向中从其远端延伸的部分之外。电绝缘由在电极上的漆或聚合物层来提供。
[0027]对于插入到软组织的设备优选的是关于中心纵轴大致旋转对称的形式，尤其是大致为圆柱体的形式。柔性的、非导体聚合物涂层和硬化元件也优选地是大致旋转对称的形式，尤其是圆柱形的形式。电极和/或光纤的远端优选地是以近端方向从远端开口收回。电极还优选地是电绝缘的，除了在其远端尖端或端点处，或从其远端尖端或端点以近端方向延伸的一部分之外。
[0028]根据本发明的第一优选方面，电极被导电层电屏蔽，该导电层保持在地电位或动物地电位(animal ground potential)，该导电层被集成到柔性的聚合物涂层或附加到柔性的聚合物涂层的一个面并被电绝缘层覆盖。
[0029]根据本发明的第二选方面，硬化元件包括碳水化合物和/或蛋白质材料和/或其混合物或由碳水化合物和/或蛋白质材料和/或其混合物构成。还可能使用其他形成聚合物的生物相容凝胶，例如聚乙二醇(PEG)以及聚丙二醇(PPG)。
[0030]在插入到软组织中且其硬化元件分解、降解或膨胀时，插入到软组织中的该设备在纵向(近端-远端)上是可延伸的，尤其是其聚合物涂层的一部分是可延伸的。为了可延伸，柔性的聚合物涂层不需要是弹性柔性材料。优选的是非弹性或仅仅些许弹性的聚合物涂层通过以风箱形配置提供它或它的至少一部分来实现可延伸。这样，根据本发明的第三优选方面，用于插入到软组织的所述设备的柔性的聚合物涂层是风箱形的，并且所述硬化元件反映出该形状。
[0031]根据本发明的第四优选方面，用于插入到软组织的所述设备包括微处理器控制单元。所述微控制器可以控制电极电压;包括其随时间的变化的电极电势；随时间的光发射中的一者或多者。微处理器单元可以是能够检测到源自组织结构(特别是神经元)的电压现象。另外，所述微处理器单元可以控制辐射传感器，特别是用于可见和/或近红外光的传感器。辐射传感器优选地被安装在基底上。它可以检测到从组织结构，例如神经元，反射的光，和/或从这样的结构发射的荧光。
[0032]根据本发明的第五优选方面，硬化元件包括在纵向(远端-近端)方向上彼此相邻放置的不同的合成物的两个或更多的圆柱形区段。其至少一个区段可以包括药理活性剂，特别是影响神经元或神经胶细胞的制剂，例如多巴胺、多巴胺激动药、多巴胺抗剂、血清素、5-羟色胺拷抗剂。在另一个优选实施例中，药理活性剂是具有消炎特性的制剂。在又另一个优选实施例中，药理活性剂是从嗜神经性因子(特别是BDNF和NGF)中选择的。药理活性剂还包括基因。
[0033]根据本发明的第六优选方面，硬化元件包括在径向方向上彼此相邻放置的不同的合成物的两个区段。其至少一个区段优选地包括药理活性剂，特别是影响神经元的制剂，例如多巴胺、多巴胺激动药、多巴胺抗剂、血清素、5-羟色胺拷抗剂、嗜神经性因子例如BDNF、NGF，和基因。
[0034]根据本发明的第七优选方面，用于插入到软组织中的设备包括填充有药理活性剂的溶液(特别是水溶液)的储器。所述储器放置在所述设备的近端区段，特别是在其近端处或附近。硬化元件的溶解或降解使得该储器与已经将所述设备插入其中的软组织有沟通。所述沟通是通过由柔性的聚合物涂层所界定的填充了体液的柱状物提供的，通过其可以通过施加压力给储器来推动所述药理制剂的溶液，或者通过其所述药理制剂可以扩散以便在其开口的远端离开该柱状物。
[0035]根据第八优选方面，用于插入到软组织的设备在其后端包括用于与外部控制单元无线通信的装置和/或用于与这样的单元电和/或光通信的非无线装置，诸如一个或多个电绝缘的导电体和/或一个或多个光纤。
[0036]根据另一个优选实施例，本发明的设备包括辐射传感器，特别是对可见光和/或近红外光敏感的传感器。所述传感器优选地被安装在基底上。
[0037]根据本发明的又另一个优选方面，所述远端开口是从轴向远端开口和径向远端开口中选择出的。在本发明的第一种原设备和本发明的对应设备中，远端开口覆盖有半透明聚合物材料片，该材料片优选地是与聚合物涂层同样柔性的或比聚合物涂层更柔性的。邻近径向远端开口的软组织的照明可以通过从辐射源发射的光束直接地发生或通过在经由径向开口尚开内部空隙M之前从设备的内壁面被反射一次或多次的这样的束间接发生。为了加强通过径向远端开口逃离的束的部分的强度，壁的内面的区段可以例如通过使用合适的高反射率的聚合物材料和/或在壁的内面上施加高反射率聚合物涂层而变得更加反射。高反射率聚合物涂层可以包括高反射率的微观无机或有机粒子，诸如T12或微米范围中的铂微粒。
[0038]本发明的用于治疗和/或诊断用途的设备能够被用于下述的一个或多个:a)将光发射入周围的软组织中；b)检测从周围的软组织发射的光;c)周围的组织结构的电刺激;d)检测从周围软组织发射的电信号。
[0039]放置在软组织中的本发明的用于治疗和/或诊断用途的设备具有前(远)端以及后(近)端，并包括:
[0040]-微电极；
[0041]-能够在远端方向中发射光的微光源；
[0042]-大致圆柱形的柔性的非导体聚合物材料的涂层，包括允许从光源发射的光离开该设备的远端开口，所述涂层界定了填充有含水体液和/或半透明凝胶的大致圆柱形的空间；
[0043]-放置在所述设备的远端的基底。
[0044]在插入到软组织时，本发明的用于插入到软组织的设备转变为一种通过溶解、降解或膨胀其硬化元件的治疗和/或诊断用途的设备。除了由含水体液和/或半透明凝胶替代硬化元件(这使设备变得柔性并能够适应于相邻的组织的移动，并且体液可溶材料的可选盖帽放置在用于插入到软组织的设备的远端面之上)，本发明的治疗和/或诊断用途的设备共享前例的大多数或所有特征，因此，其设计和结构被标识。
[0045]根据本发明，还公开了使用该设备用于治疗和/或诊断的用途，以向软组织结构(诸如神经元)提供光和/或电刺激，记录从这样结构发出的电信号，损伤这样的结构、组合药物递送，记录神经细胞信号和神经细胞刺激。
[0046]根据本发明，进一步公开了一种相对于在组织中所选的结构放置本发明的治疗和/或诊断用途的设备的方法，包括:
[0047]-将本发明的用于插入软组织的设备插入，其远端在最前，以使得其占据第一位置；
[0048]-维持该设备处于第一位置，直到硬化元件已经被溶解、降解或膨胀以形成透明凝胶；
[0049]-使得光源在所选组织结构的方向中发射光；
[0050]-通过检测从结构反射的光监视所选组织结构的位置；
[0051 ]-相对于所选组织结构位移所述设备以使得其采用第二位置。
[0052]现在将通过参考在草图中示出的许多优选实施例来更加详细地解释本发明，这仅仅旨在示出本发明的原理。所述图不是按比例的。径向尺寸被大大夸大。
【附图说明】
[0053]所有附图示出本发明的各实施例。在它们中的一些中，仅仅示意性示出本发明的光源和电极的组合以说明在本发明的前置级设备、原设备或设备中的其部署。应该理解在图lh-ls’以及图15、16中所示的电极和光源的组合的各实施例的每个实施例是由本发明的前置级设备、原设备或设备的所有实施例构成的。
[0054]图1a到Ig以更概括的方式示出了前置级设备、原设备或本发明的设备的远端部分。具体而言，在以下附图中被示出:
[0055]图1a在纵轴截面中(对应于图1e中的轴向截面B-B)，本发明的设备的前置级；
[0056]图1b在同一视图中，图1a的前置级的远端部分；
[0057]图1c在与图1a相同的视图中，从图la、lb的前置级制造的本发明的原设备的远端部分；
[0058]图1d在与图1a相同的视图中，在插入到软组织中并且其硬化元件部分溶解时图1c的原设备的远端部分；
[0059]图le、lf在与图1a相同的视图中，本发明的设备的第一实施例的远端部分(图1e)和通过接触含水体液从图1c，Id的原设备形成的所述设备的主要部分(图1f);
[0060]图1g图1c的原设备的径向截面A-A(图1b);
[0061 ]图1h在纵向轴截面B* - B*中本发明的原设备的第二实施例的前置级的远端部分；
[0062]图1i在径向截面A*_A*中图1h的前置级；
[0063 ]图11’在对应于图1 i中的截面B* - B*的轴向截面中从图1h，I i的前置级制造的本发明的原设备的第一实施例的远端部分；
[0064]图1m ’在径向截面A* - A*中图11’的原设备；
[0065]图11，Im从图11’，lm’的原设备通过接触含水体液形成并在同一视图中的本发明的设备的第一实施例的远端部分；
[0066]图11*图11’，Im’的原设备的变体，并在与图11’相同的视图中；
[0067]图1j在轴向截面B*- B* (图1 i)中本发明的原设备的第二实施例的前置级的远端部分；
[0068]图1k在径向截面A*- A*中图1 j的前置级；
[0069 ]图1n ’在纵向轴截面B* _ B* (图1 i)中，从图1 j，I k中在径向平面A" _ A"中移除其圆尖部分制造的本发明的原设备的第二实施例的远端部分；
[0070]图Ιο’在径向截面A#-A#中图1n的原设备；
[0071]图1n在轴向截面中，在插入到软组织时从图1n’，Ιο’的原设备形成的本发明的设备的第二实施例的远端部分；
[0072]图1o在径向截面A**-A**中图1n’的设备；
[0073]图1n*在与图1n相同的视图中，图4n’，4o’的原设备的变体；
[0074]图1p’在轴向截面(图1 i)中本发明的原设备的第三实施例的远端部分；
[0075]图lq’在径向截面A*_A*中图lp’的原设备；
[0076]图1p在对应于图1i截面的轴向截面中，在与含水体液接触时从图1p ’，Iq ’的原设备形成的本发明的设备的第三实施例的远端部分；
[0077]图1q在径向截面A*_A*中图1p的实施例；
[0078]图1r’在轴向截面中本发明的原设备的第四实施例的远端部分；
[0079]图1s’在径向截面中图1r’的原设备；
[0080]图1r在轴向截面中，在与含水体液接触时从图1r’的原设备形成的本发明的设备的第四实施例的远端部分；
[0081 ] 图1 s在径向截面A**-A**中图1r的设备；
[0082]图2在轴向截面中本发明的原设备的第五实施例；
[0083 ]图3在轴向截面中本发明的原设备的第六实施例；
[0084]图4在轴向截面中本发明的原设备的第七实施例的远端终端部分；
[0085]图5在轴向截面中本发明的原设备的第八实施例的远端部分；
[0086]图6在轴向截面中本发明的原设备的第九实施例的远端部分；
[0087]图7在轴向截面中包括药物输送隔间的本发明的原设备的第十实施例的远端部分；
[0088]图8在轴向截面中，对应于图7的原设备的本发明的设备的第十实施例；
[0089]图9a_9c在纵向截面R_R(9a)以及两个径向截面0-0和P_P(9b，9c)中的本发明的4个原设备的束；
[0090]图10，11包括6个束的阵列，每个束包括在纵向截面(图10)的两个本发明的原设备以及在透视图(图11)中的对应的束；
[0091]图12包括九个束的阵列，在角侧视图中，每个束包括五个本发明的原设备；
[0092]图13在轴向截面中本发明的原设备的第十一实施例的远端部分；
[0093]图14a在轴向截面中本发明的原设备的第^^一实施例；
[0094]图14b在相同视图中，对应于图14a的原设备的本发明的设备的第十二实施例；
[0095]图15在轴向截面中本发明的原设备的第十三实施例；
[0096]图16在轴向截面中本发明的原设备的第十四实施例，除了第十三实施例的特征外还包括辐射传感装置；
[0097]图17在轴向截面A-A(图29)中本发明的原设备的第十五实施例，包括轴向远端开口和三个横向远端开口 ；
[0098]图18在轴向截面A-A(图30)中，在植入到软组织时从图17的原设备形成的本发明的设备；
[0099]图19在对应于图17的截面的轴向截面中本发明的原设备的第十六实施例，包括三个横向远端开口 ；
[0100]图20在对应于图18的实施例的截面的轴向截面中，在植入到软组织时从图19的原设备形成的本发明的设备；
[0101]图21在对应于图17的实施例的截面的轴向截面中本发明的原设备的第十七实施例，包括光传感器；
[0102]图22在对应于图18的实施例的截面的轴向截面中，在植入到软组织时从图21的原设备形成的本发明的设备；
[0103]图23在对应于图17的实施例的截面的轴向截面中本发明的原设备的第十八实施例，包括光反射内壁区段和体液可渗透壁区段；
[0104]图24在对应于图18的实施例的截面的轴向截面中，在植入到软组织时从图23的原设备形成的本发明的设备；
[0105]图25在对应于图17的实施例的截面的径向截面中本发明的原设备的第十九实施例，除了使得其横向远端开口由半透明柔性聚合物涂层覆盖之外；
[0106]图26在对应的径向截面中，在植入到软组织时从图25的原设备形成的本发明的设备;
[0107]图27在对应于图17的实施例的截面的径向截面中本发明的原设备的第二十实施例，除了使得其横向远端开口由柔性的半透明聚合物材料片覆盖之外；
[0108]图28在对应的径向截面中，在植入到软组织时从图27的原设备形成的本发明的设备;
[0109]图29在径向截面B-B中图17的原设备；
[0110]图30在对应的径向截面中图18的设备；
[0111]图31由层组合柔性涂层/柔性电极层/柔性绝缘层构成的本发明的设备的柔性壁的风箱型轴向截面。
【具体实施方式】
[0112]示例I在本发明的前置级设备、原设备和设备中的微电极和光纤的组合的通用部署。
[0113]图la、lb示出终端部分和主要部分的轴向截面，包括合成物的前置级设备1〃的终端部分。从终端部分延伸的多个S形部分在远端/近端方向中是可延伸的。
[0114]终端部分包括钝头远端尖端9。光纤和电极的组合2被示意性呈现。组合2位于远端和主要部分中的中心。终端部分图1f的中心轴B-B旋转对称的。电极和光纤的组合2被硬化元件或层3包围，它也是至少在直的远端终端部分中是旋转对称的。硬化元件3是可在包括水的含水体液中可溶解或可由液体或水降解的材料，并且优选为生物相容的碳水化合物和/或蛋白质材料，诸如葡萄糖和白蛋白。或者，硬化元件3是通过与含水体液接触的生物可相容材料凝胶，诸如凝胶或透明质酸或凝胶或透明质酸与碳水化合物和/或蛋白质材料的混合物。在已凝胶状态中，凝胶材料是半透明的。诸如聚对二甲苯基C的柔性的电绝缘材料的薄层4被放置在硬化元件上以便完全包围它。
[0115]图1c示出通过在平面A-A中径向切割前置级设备1〃所获得的本发明的原设备I’的远端终端部分。附图标记2、3、4标识如图la、lb中的相同特征。通过切割前置级设备1〃，产生了图1g所示的圆形、扁平的终端面6。
[0116]图1d示出在插入软组织达短时间段时原设备I’的状态。通过与含水体液接触，硬化元件3的终端部分已经被溶解或降解或转变成半透明凝胶，所述转变的部分由8标识。
[0117]在图1e和If中，硬化元件3的整个层已经被转变。附图标记2-4和8保留它们在上面解释的含义。
[0118]示例2包括微电极和光纤的第一组合的本发明的前置级设备、原设备和设备
[0119]图1h和Ii示出包括微电极22和光纤21的第一组合的前置级设备40”的远端终端部分的轴向B*-B*和径向A*-A*的截面。光纤21和电极22被平行放置并通过永久性粘合桥25彼此附连。光纤21和电极22的组合被硬化材料的层或元件23包围。光纤21具有放置在与电极22的远端大致相同的径向层次处的抛光扁平远端面31。
[0120]通过在面31的远端在平面A’-A’中径向上切除前置级设备40〃，形成了在图11’，lm’中所示的原设备40’，在其中图lh，li的附图标记保留它们的含义。
[0121]在将原设备40’插入到软组织中其中近端在软组织中最靠前时，通过与含水体液8接触溶解或降解了硬化元件23并由其替代或被转变为半透明凝胶28，图11，lm。切除光纤21的端面31以及电极22的远端或尖端远处的前置级设备40"，光纤21和电极22被放置为分别从硬化元件23的远端面26和柔性的聚合物涂层24的远端圆形轮缘26(图11)收回，因而防止了或至少迟滞了本发明的设备的电极22和光纤21与周围组织的接触。
[0122]在图11*中，示出了原设备40’的变体40’*，其远端面26覆盖有水溶性的材料(诸如葡萄糖或葡萄糖与乳糖或凝胶的混合物)的盖帽27。盖帽27的功能是便于将原设备插入到软组织中并迟滞电极22与周围组织的接触。
[0123]示例3包括微电极和光纤的第二组合的本发明的前置级设备、原设备和设备
[0124]图1j和Ik示出包括被硬化材料层或元件23包围的微电极22和光纤21的第二组合的前置级设备50〃的远端终端部分的轴向和径向A**-A**的截面。电极22具有抛光扁平远端面31并被形成电极的导电层22包围。电极层22的远端和光纤21的远端面31被放置在相同径向层次处。
[0125]通过在面31的远端在平面A#_A#中径向上切除前置级设备50〃，形成了在图11’，lm’中所示的原设备50’，在其中图lh，lh的附图标记保留它们的含义。
[0126]在将原设备50’插入到软组织中其中其近端到软组织中最前面时，通过与含水体液8接触溶解或降解了硬化元件23并由其替代或被转变为半透明凝胶28，图11，lm。切除光纤的端面31以及电极的尖端远处的前置级设备，将端面31放置为从硬化元件23的远端面26和柔性的聚合物涂层24的远端圆形轮缘26(图11)收回，因而防止了或至少迟滞了电极22和光纤21与周围组织的接触。
[0127]在图1n’*中，示出了原设备50’的变体50’*，其远端面26覆盖有水溶性的材料(诸如葡萄糖)的盖帽27。所述盖帽27的功能是便于插入到软组织中。
[0128]示例4包括微电极和光纤的第三组合的本发明的前置级设备、原设备和设备
[0129]图lp’，lq’示出包括微电极22和光纤21的第三组合的本发明的原设备60〃的远端终端部分的轴向B*-B*和径向A*-A*的截面。光纤21和电极22被平行放置并通过永久性粘合桥25彼此附连。光纤21和电极22的组合被硬化材料的层或元件23包围，接着被诸如聚对二甲苯C的柔性的聚合物材料的涂层24包围。光纤21具有放置在与电极22的远端大致相同的径向水平处的抛光扁平远端面31。除了远端部分，电极22通过漆涂层29电绝缘。以在示例2和3中所述的方式已经从对应的前置级设备(未示出)中生产出原设备60’。
[0130]在将原设备60’插入到软组织中其中其近端到软组织中最前面时，通过与含水体液8接触溶解或降解了硬化元件23并由其替代或被转变为半透明凝胶28，以形成本发明的设备的第三实施例60，图1p，lq。
[0131]示例5包括微电极和光纤的第四组合的本发明的前置级设备、原设备和设备
[0132]图1r’，Is’示出包括微电极22和光纤21的第四组合的本发明的原设备70’的远端终端部分的轴向和径向的截面。微电极22和光纤21的组合被硬化材料的层或元件23包围。所述光纤21具有抛光的扁平远端面31。它被形成电极的导电层22包围。除了从其远端近侧延伸的部分33，电极层22被绝缘漆32覆盖。漆32被放置在电极层22和硬化元件23之间。电极层22的远端和光纤21的远端面24被放置在相同径向水平处。
[0133]在将原设备70’插入到软组织中其中其近端到软组织中最前面时，通过与含水体液8接触溶解或降解了硬化元件23并由其替代或被转变为半透明凝胶28。由此，形成了本发明的对应的设备70，图1r，Is。
[0134]示例6本发明的原设备的第五实施例
[0135]图2的原设备201’关于中心纵轴D-D大致旋转对称。除了光纤和电极的组合202外，原设备201’还包括水溶性或降解材料的硬化元件203以及在硬化元件203上的柔性的、不溶于水聚合物材料的涂层204。为原设备201’提供在其前端上的圆形盖子207。盖帽207的目的在于最小化由将原设备201’插入到软组织中所引起的组织损害。盖帽207的材料是易溶解于体液(就是说在几分钟内就会溶解)但与硬化元件203的水溶性材料不同的材料。电极和光纤被分别电气且光学地与放置在原设备201’的近端处的控制单元230相连。所述控制单元与下述示例的控制器单元是相同的类型。
[0136]示例7本发明的原设备的实施例的第六实施例
[0137]图3的原设备301’关于中心纵轴E-E大致旋转对称。除了光纤和电极的组合302外，原设备301’还包括硬化元件303以及在硬化元件303上的柔性的、不溶于水聚合物材料的涂层304。为原设备301’提供在其前端上的圆形盖帽307。盖帽307的目的在于最小化由将原设备301’插入到软组织中所引起的组织损害。盖帽307的材料与硬化元件303的材料相同。电极和光纤被分别电气且光学地与放置在原设备301’的近端处的控制单元330相连。所述控制单元330能够是各种类型且用于各种目的，诸如用于控制馈送给电极的电流和电压和/或用于记录和/或发送从电极接收到的电信号和/或用于将辐射发射到光纤中或通过光纤接收发自组织的辐射并检测它。
[0138]示例8本发明的原设备的第七实施例
[0139]在图4所示的本发明的原设备的第七实施例401’仅示出远端终端部分。原设备401’关于中心纵向轴J-J旋转对称并且包括光纤421、在光纤421上形成电极的导电涂层422、在电极422上的硬化层或元件423以及在硬化元件423上的柔性的不溶于水聚合物材料的第二涂层424。电极层422的远端终端区段具有从层422在径向上延伸的微小金属纤维的刷子422*，以便提供大的电极尖端表面。除了刷子区段422*，电极422通过漆(未示出)绝缘。光纤具有放置在与柔性的聚合物涂层424的远端轮缘相同的径向平面中的远端终端扁平面431。
[0140]示例9本发明的原设备的第八实施例
[0141]在图5所示的本发明的原设备的第八实施例501’仅示出远端终端部分。原设备501’关于中心纵向轴K-K旋转对称并且包括光纤521、在光纤521上形成电极的导电涂层522、在电极522上的硬化层或元件523以及在硬化元件523上的柔性的不溶于水聚合物材料的涂层524。导电层533被提供在柔性的聚合物涂层524上并被与柔性的聚合物涂层524相同的材料的涂层524 ’覆盖，以便被绝缘涂层524，524 ’完全包围。导体层533被保持在地电位以屏蔽电极522。光纤521具有放置在与柔性的聚合物涂层524的远端轮缘相同的径向平面中的远端终端扁平面531。
[0142]示例9本发明的原设备的第九实施例
[0143]图6的本发明的圆柱形形式(中心轴M-M)的原设备601’类似于图1c的原设备，除了水溶性硬化元件由两个区段(即前端(远端)区段603和从前端区段603的远端向后延伸的近端区段603’)组成以外。元件602、604、606在功能上对应于图1c的实施例的元件2、4和6。通过在径向平面中提供彼此结合的两个或更多水溶性的硬化元件区段，可能使得其溶解曲线的变化超过一个截面区段的硬化元件可能的溶解曲线。
[0144]示例10本发明的原设备的第十实施例
[0145]图7的本发明的原设备701’(轴向截面N-N)的第十实施例包括在功能上对应于图1c的实施例的原电极的前部，分别对应于元件2、3和4的元件702、703、704。硬化元件703的水溶性材料没有沿整个原设备701’延伸而是仅在其一部分上从其远端向后延伸。在硬化元件703的后端处，结合了聚合物材料的凸出容器715，通过该容器，光纤和电极的组合702中心延伸。诸如聚对二甲苯或硅橡胶之类的聚合物材料的容器715的后端被结合到硬聚合物管717，光纤和电极的组合702穿过硬聚合物管717进一步延伸。硬管717尺寸被设计成使得在它与容器715之间形成管状空隙718。容器715填充有多孔、不溶于水的材料716，例如，二氧化硅。诸如多巴胺的药理活性剂被多孔材料716吸收。通过由穿过远端终端开口 719进入的含水体液来溶解水溶性硬化剂703，光纤和电极的组合702与不溶于水的聚合物材料的柔性的涂层704之间的空隙变得被体液填充。通过该处理，图7的原设备被转变成图8的设备701。通过在管717的空隙718中提供受控前向流F，多孔材料716上被吸收的多巴胺被溶解并扩散入空隙708，并且从空隙708穿过远端终端开口 719进入邻接组织以对生物结构(诸如神经元)施加其影响，生物结构的电活动可通过电极来监视并可由通过光纤和电极的组合702的光纤所引导的辐射照射。
[0146]示例11本发明的原设备的束
[0147]图9a(截面R-R)、9b(截面0-0)以及9c(截面P-P)的4个原设备801a’到801d’的束800’中，原设备被平行放置并安装在圆柱形基底820的通过孔中。原设备801a’，801b’，801夕，801(1’的每个原设备包括光纤和电极802&，80213，802(3，802(1的中心组合、在光纤和电极802a，802b，802c，802d的每个组合上的水溶性硬化元件或层803a，803b，803c，803d，以及在对应的硬化元件803a，803b，803c，803d上的不溶于水的聚合物涂层804a，804b，804c，804d。原设备801a’，801b’，801c’，801d’关于中心束轴Q-Q对称地安置。束的光纤和导电体的近端区段810a, 810c与控制单元(未示出)相连。
[0148]在前述实施例中所述的本发明的各种原设备的每个原设备可以被捆绑以形成本发明的原设备的束。本发明的原设备的束可以包括两个或更多不同的本发明的原设备。通过将本发明的原设备的束插入到软组织中，经由水溶性或可降解的硬化元件的溶解或降解形成了对应的本发明的设备的束。
[0149]为了便于插入到软组织中，本发明的原设备的束可以被集成到水溶性材料的外壳(未示出)中。外壳具有钝的前端形状，并且优选关于束轴Q-Q旋转对称，并且延伸到基底820。
[0150]示例12本发明的原设备的束阵列的第一实施例
[0151]在图10(截面V-V)中示出的本发明的阵列950包括6个本发明的原设备的束901’a，902\，903\，904’3，905’3，906’3。每个束包括一对原设备。束90(^’、90013’、900(3’、900(1’、900e ’、900f ’中的每一个在其后端处安装在集束支架(图11)中。仅束900a ’的支架91 Ia在图10中被具体标识集束支架911通过粘合在具有尖头前端909的长圆形、大致长方形扁平基底910上被安装。基底910优选地是像聚丙烯、聚丙烯酸酯或聚碳酸酯之类的生物相容聚合物材料。支架91 Ia关于长基轴U-U被对称地安装，这样，原设备的三个束900a ’，900b ’，900c ’被安装在基底910的左手长边970处，且其他三个900d ’，900e ’，900f ’以下述方式安装在右手长边971处:使得原设备束900a’，900b’，900c’，900d ’，900e ’，900f ’的前端部分在斜向前方向中在相应的边上延伸。靠近基底910的后端，将左手900&’、90013’、900(3’和右手900(1’、900e’、900f’束的电极和光纤相连的电和认选的光导体在柔性的聚合物管907、908中被组合。为了便于插入到软组织中，原束的阵列可以被集成到水溶性材料的外壳(未示出)中。
[0152]在插入到软组织之后，本发明的原设备的束900a’，900b’，900c，，900d，，900e，，900f’的阵列950通过它们的硬化元件的溶解、降解或膨胀被转变成相应的本发明的设备的束的阵列(未示出。)
[0153]示例13本发明的原设备的束h的阵列的第二实施例
[0154]图12的阵列1001包括聚氨酯1002的薄圆扁平支撑体，本发明的九束原设备1003，1004，1005，1006，1007等从该支撑体的一面(顶面)垂直延伸从而相对于彼此平行放置。每个束包括本发明的5个原设备。束1003、1004、1005、1006、1007等的原设备穿透支撑体1002并且从其另一面(底面)延伸一短距离。它们被捆绑在柔性管1008中并与控制单元1009光学和电气相连。控制单元1009允许人们激活所选的束的光纤和电极，并且甚至是一个束的所选光纤和电极，以及接收从软组织发射的光和电信号以传送给控制单元。控制单元1009还允许人们通过所选的束的光纤发送不同类型的辐射。这样，可以实现各种激励和辐射模式以及从软组织发出的电信号和辐射模式被接收和检测。
[0155]示例14本发明的原设备的第十一实施例
[0156]在图13中示出本发明的原设备的第十实施例1201’的远端终端部分的轴向截面F’-F’。附图标记1202标识光纤和电极的组合，其在近端方向中从对应的几何结构的风箱形硬化元件1203的远端面1206收回一距离h，在该几何结构上放置了对应形状的柔性的聚合物涂层1204。通过在其扁平远端面1206处接触硬化元件1203的组织液对水溶性硬化元件1203的溶解，形成了本发明的对应设备。这样，所形成的本发明的设备的涂层1204在近端/远端方向上是可延伸的，因而被设计成适应于该设备被插入其中的组织的不同部分的移动并在组织中锚定。
[0157]示例15本发明的原设备的第十二实施例
[0158]在图14a中示出的本发明的原设备1301’的旋转对称(中心轴F-F)的第^^一实施例包括作为光源的LED 1309以及在圆柱形柔性的聚合物涂层1302的内面上的金或铂的圆柱形层1302。水溶性材料的盖帽1307被附连到涂层1304的远端面，该涂层的近端面被附连到圆形基底1330。涂层1304/金层1308、盖帽1307和基底1330定义了由葡萄糖和白蛋白或从自然凝胶以及通过热或化学交叉链接的凝胶中选择的凝胶的水溶性混合物的硬化元件1303所占据的圆柱形空间。LED 1309和电极层1302通过多个引线1331与控制单元(未示出)电气相连。
[0159]在将原设备1301’插入到软组织ST中时，硬化元件在其远端面与含水软组织流体STF接触并溶解。因而，形成本发明的设备1301，图14b。随时间流逝，先前被硬化元件1303占据的空隙中的葡萄糖和白蛋白的溶液被纯软组织流体STF取代，或者如果硬化元件是可膨胀的，像凝胶，空隙就被半透明凝胶填充。通过激励LED，该设备1301的远端放置的神经元被照射。通过检测从神经元1320发射的荧光，相对于设备1301的位置可以被确定，允许该设备被相对于神经元在期望的方向中位移以将其针对与神经元1320的光和/或电交互优化布置。
[0160]示例16本发明的原设备的第十三实施例
[0161]在图15中示出的本发明的原设备的第十二实施例1401’对应于图14a的第^^一实施例1301’，除了通过放置在柔性的聚合物涂层1404的外部面上的屏蔽金属层1405使电极绝缘(除其远端终端部分)之外。在其外部面上，屏蔽层1405被与涂层1404相同材料的涂层1406覆盖，以便被完全绝缘。屏蔽电极1402的层1404保持在地电位以保护电极1402免受外部电场打扰。电极1302在其内部面(除了从其远端延伸的在1410的小部分之外)通过漆1408绝缘。为了避免或至少迟滞与软组织的接触，电极1402从硬化元件1403和柔性的聚合物涂层1404的远端面1411在远端方向中收回一距离h。电极层1402和屏蔽层1405以及柔性的聚合物层1404、1406被附连到基底1430并通过基底1430与多个引线1431电气相连。由附图标记1407和1409所标识的元件分别对应于图14a的实施例的元件1307和1309。
[0162]示例17在金属或聚合物元件上涂敷水溶性材料
[0163]通过将光纤和导电体或光源的组合浸渍入二乙醚达10秒，将其移开并烘干，从所述组合中移除了油脂和油。大约30μπι厚度的糖涂层以下述方式被施加到所述组合。蔗糖(10g)溶解于50ml水中。该溶液被煮沸达约5分钟直到其看上去纯净。允许将该溶液冷却到80°C。由一对不锈钢钳夹持其后端的组合被完全浸入该溶液。通过以6mm/s的速度垂直地取出将其从该溶液中拿走。蔗糖覆盖的组合被整夜干燥以便在主体上形成大约40μπι厚度的干蔗糖涂层。涂层厚度可通过改变取出速度和/或多次浸渍来选择。降低速度呈现出更薄的涂层。
[0164]示例18通过在示例14的干蔗糖元件涂敷聚对二甲苯基C制造本发明的前置级设备
[0165]通过现有技术的真空涂敷处理(http://www.scscookson.com/parylene/properties, cfm，在其中二氯对二甲苯二聚体被蒸发并随后被热解为对二甲苯)施加了大约4μπι厚度的聚对二甲苯基C的涂层，所述涂层高真空下被引入大致保持在室温的淀积室中并在那里在示例17的涂敷蔗糖的元件上沉淀。这样获得的两次涂敷的设备对应于本发明的前置级设备。
[0166]示例19从示例18的前置级设备制造本发明的原设备
[0167]示例18的前置级设备以其前端在最前方浸渍入到在短的、3mm直径的聚丙烯圆筒中的熔化的高熔点石蜡(熔点约40°C)。在冷却到室温之后，含有前置级设备的石蜡块被放置在聚丙烯支架上并在径向上用刀片切割以便分割其尖端。在通过熔化石蜡块并且取回如此形成的原设备来去除大部分石蜡之后，原设备用戊烷漂洗若干次、并且被干燥。在切割之前，绝缘的电极主体所记录的阻抗为>10兆欧，所述阻抗通过浸渍入到盐的电极主体被测量。在切割尖端并将原设备浸渍入到盐中达2-3小时之后，所记录的阻抗为〈50千欧。或者，示例15的前置级设备在显微镜下被修整，并且在靠近前端的聚对二甲苯基C涂层的各部分通过用微型锉刀刮该涂层而被移除，所述锉刀通过借助于在二乙醚中溶解的氰丙烯酸酯预聚合物将薄铁线(0.1mm直径)涂敷氧化钛粉末(大约1ym颗粒)来制成，在施加粉末之前所述线被立刻浸渍到其中。
[0168]原设备的尺寸可在宽范围内变化:直至ΙΟΟμπι或更多的尺寸是有用的。优选的直径是从5μπι-30μπι。原设备的长度可适配成插入之后的其期望位置。
[0169]示例20本发明的原设备的第十四实施例
[0170]在图16中示出的本发明的原设备的第十四实施例1501’与第十三实施例1401’的不同之处在于除了安装在基座1530的光源1509之外，还包括光传感器1532，特别是用于荧光的传感器，其也安装在基座1530上。通过柔性的导电线1533将辐射传感器1532电连接到记录单元(未示出)，该记录单元包括微处理器、存储器和数据输出装置，诸如打印机。原设备1501’的其他特征15ΧΧ对应于第十三实施例的原设备1401，的相应特征14ΧΧ。
[0171]示例21本发明的原设备以及在植入到软组织时从原设备形成的本发明的对应设备的第十五实施例
[0172]在图17、29中示出的本发明的原设备的第十五实施例1601’包括硬化元件1603，其在含水体液中是可降解或可溶的。硬化元件1603被安装在诸如高度交叉链接的聚氨酯之类的聚合物材料的刚性圆柱形基底1613上。LED光源1609被安装在基底1613的远端面上，并且借助于连接到电源的绝缘柔性导体1614被激励。硬化元件1603是基本上圆柱形形状、关于其纵轴F-F旋转对称。硬化元件1613和基底1603具有大致相同的直径。硬化元件1603被电绝缘柔性聚合物1608、导电柔性电极层1604以及柔性涂敷层1602的连续层覆盖。柔性电极层1604已经被附连到绝缘聚合物层1608，并被附连到通过合适的方法(诸如金属离子溅射)没有被绝缘聚合物层1608覆盖的硬化元件1603的窄的远端区域。像金和铜之类的高导电性的金属优选用于该目的。聚合物层1608和1602已经通过将待成形的原设备浸渍到低极性的有机溶剂中的相应的聚合物的溶液中被附连，在所述溶液中所述硬化元件1603材料是不可溶的。随后，用圆形盖帽1610覆盖硬化元件的远端面1611，该盖帽的材料是易溶于含水体液中的。提供盖帽1610以便于将设备插入到软组织中。为了在将电极植入时避免与周围软组织的接触或至少使得接触更加困难，电极层1604从所述柔性的聚合物涂层的远端轮缘稍许收回如图17中“h”所示。电极层1604的远端终端部分不被绝缘内部柔性聚合物层1608覆盖以提供与体液的电接触。除了远端轴向开口 1615之外，提供了三个圆形的远端径向开口 1605，1606，1607，它们的中心放置在相同的径向平面B-B中。径向开口被安排为允许光在径向方向中发出以影响邻近的软组织结构或使得邻近的软组织结构显现。为了增强光的径向逃逸，电绝缘聚合物层1608的内部面可以提供有反射涂层，诸如银或铂的薄涂层，或通过将具有良好可见光反射率属性的聚合物用于层1608。由光源1609发射的可见光的宽束被引导到远端方向中；其一部分碰撞到在该层上的反射涂层的绝缘聚合物层的内部面。它从那里被反射，部分在远端横向开口 1605，1606,1607的方向中反射，通过所述开口它逃逸出来。电极层1604的非绝缘环形部分被放置在横向开口中，这些部分中仅有一个部分1604*在图17和18中被指示。这两种类型的空白电极面可以组合地被使用。或者，如果仅期望使用它们中的一个，其它的可以通过在其上施加电绝缘材料层(在图中未示出)而被无效。
[0173]在插入到软组织时，原设备1601’通过溶解或降解其硬化元件被转变为图18、30中示出的本发明的设备1601。“M”指示在硬化元件1603完全溶解时的设备1601的填充有体液的内部空间。
[0174]图31示出本发明的设备1601的物理修改的壁的截面1601*。所述修改包括为壁提供了蜿蜓或风箱形式的形状。壁截面1601*包括柔性的聚合物涂层1604*、电极层1602*以及内部绝缘的聚合物层1608*。通过这样的修改，包括非弹性壁材料或由非弹性壁材料构成的本发明的设备可以在轴向上变得可延伸。
[0175]示例21本发明的原设备以及在植入到软组织时从原设备形成的本发明的对应设备的第十六实施例
[0176]在图19中示出的本发明的原设备1701’以对应于图17的原设备的轴向视图被示出，与图17的原设备相比其不同之处在于由其柔性的聚合物涂层1704的一部分取代了盖帽1610。在植入到软组织中时，硬化元件1703被溶解或降解并由含水体液取代。因此，形成了在图20中所示的本发明的对应的设备1701。没有被专门指出的图19和20中的附图标记17XX指代在图17和18中所示的对应类型的元件16XX。
[0177]示例22本发明的原设备的第十七实施例以及在植入到软组织时从原设备形成的本发明的对应设备
[0178]在图21中示出的本发明的原设备1801’以对应于图17的原设备的轴向视图被示出，与图17的原设备相比其不同之处在于提供了安装在基底1813的远端面上的光学传感器1815。所述传感器1815对可见光敏感。它特别适合于监视某个波长的荧光辐射，并且因此是从许多商业可用的光传感器中选择的。它通过绝缘柔性引线1816与记录单元(未示出)电耦合。记录单元可以将来自传感器的电信号转换成数字数据并将这些数据存储在存储器中。所述记录单元也能够协调光源1809的组织辐射、记录传感器1815的数据和电极1802的控制。没有被专门指出的图21中的附图标记18XX指代在图17和18中所示的对应类型的元件16XX。在植入到软组织时，原设备1801’通过溶解或降解其硬化元件1803被转变为本发明的设备1801，如图22所示。
[0179]示例23本发明的原设备以及在植入到软组织时从原设备形成的本发明的对应设备的第十八实施例
[0180]在图23中示出的本发明的原设备1901’以对应于图17的原设备的轴向视图被示出，与图17的原设备相比其不同之处在于提供有微开口的反射内壁部分1919以及远端壁部分1918。微开口是通过激光技术提供的；它们的功能是提供体液到硬化元件1903的通路以允许或便于其溶解和在设备的内部M之外的其组分的传送。微开口的直径是在50μπι或更少的量级，更优选地为从5μπι到30μπι ο没有被专门指出的图21中的附图标记19ΧΧ指代在图17和18中所示的对应类型的元件16ΧΧ。在植入到软组织时，原设备1901’通过溶解或降解其硬化元件1903被转变为本发明的设备1901，如图24所示。
[0181]示例24在图17中所示的本发明的原设备以及在植入到软组织时从原设备形成的在图18中所示的本发明的对应设备的第一变体
[0182]在图25中所示的本发明的原设备2001’仅以截面径向视图被示出，其对应于图17的原设备的图29的径向视图(截面B-B)。截面B-B剖开圆形窗2005，2006,2007的中心，所述中心被柔性的聚合物涂层2004的各部分覆盖。涂层2004是半透明聚合物材料。
[0183]在植入到软组织时，原设备2001’通过溶解或降解其硬化元件2003被转变为本发明的设备2001，如图26所示。填充有体液的空隙被指定为Μ。没有被专门指出的图24中的附图标记20XX指代在图17中所示的对应类型的元件16XX。
[0184]示例25在图17中所示的本发明的原设备以及在植入到软组织时从原设备形成的在图18中所示的本发明的对应设备的第二变体
[0185]在图27中所示的本发明的原设备2101’仅以截面径向视图被示出，其对应于图17的原设备的图29的径向视图(截面B-B)。截面B-B剖开圆形窗2105，2106,2107的中心，所述中心被半透明的柔性的聚合物材料2115，2116，2117的各片覆盖。
[0186]在植入到软组织时，原设备2101’通过溶解或降解其硬化元件2103被转变为本发明的设备2001，如图28所示。填充有体液的空隙被指定为Mο没有被专门指出的图27、28中的附图标记20XX指代在图17中所示的对应类型的元件20XX。
[0187]材料
[0188]电极。电极优选地为贵金属或贵金属合金或包括诸如金、银、铀、铱之类的贵金属，但是其它的生物学可接受的金属(诸如不锈钢和钽)以及镀金的铜也可以被使用。铝是用于涂敷光学玻璃纤维的优选金属。取代金属或金属合金，电极导体可由导电聚合物(诸如PED0T)组成或包括该导电聚合物。还可以使用碳的导电状态。电极导体中在第一涂层去除之际不与组织流体电绝缘的部分可有利地设置有表面扩大元件或结构(诸如经粗糙处理的表面、导电纳米线(例如，碳纳米线)林)或者为多孔的。这种类型的表面扩大结构将减小导电体的阻抗。导体和控制单元的电连接可以由金属线或在导电体的后端和控制单元之间的类似耦合或通过导体本身提供，其后部部分用作电耦合装置。在这样的情况中，后部区段必须是电绝缘的。
[0189]硬化元件涂层。本发明的电极和光源的组合被嵌入/涂覆有一种或多种生物相容的第一涂层材料，第一涂层材料可以是可水溶解、可膨胀、和/或可降解的。如果嵌入在两种或更多这样的材料中，它们在其溶解速率方面是不同的。优选的第一涂层材料是水溶性碳水化合物和蛋白质以及其混合物。然而还可能使用不可水溶但在水中可膨胀和/或在体液中可降解的聚合物材料。其溶解时间可被控制的合适的硬化元件涂层材料通过以下方式来获得:重复地煮沸和冷却糖或糖的混合物和有机酸的水溶液，所述糖选自蔗糖、乳糖、甘露糖、麦芽糖，所述有机酸选自柠檬酸、苹果酸、磷酸、酒石酸。通过选择糖和有机酸的特定组合，获得具有不同溶解时间的材料是可能的。凝胶也可以被用作第一涂层材料。众所周知，不同类型的凝胶或基于凝胶的材料具有不同的溶解速率。如果水溶性或可膨胀材料的第一涂层包括沿光纤/光源和电极的长圆形组合放置的两个或更多区段。凝胶的合适的组合的选择提供了更少溶解时间的远端第一涂层区段和更长溶解时间的近端第一涂层区段。将基于糖的第一涂层材料用于远端第一涂层区段和将基于凝胶的第一涂层材料用于近端第一涂层区段或反之亦然，以及将凝胶用于远端第一涂层区段和将阿拉伯胶用于第一涂层近端区段也是可能的。第一涂层材料的进一步有用的组合的选择(诸如各种类型的天然胶)，对于本领域技术人员来说是容易实现的。可选地，具有显著更长的溶解时间的第一涂层材料，例如经修改的胶原质、纤维素衍生物、经修改的淀粉或其它生物相容材料(诸如聚乙醇酸)，也可以被使用。
[0190]可选地，前置级设备、原设备、原设备的束和原设备的阵列以及本发明的束的聚合物绝缘涂层或在第一涂层上的水溶性材料的另一涂层可以被完全或部分地由生物相容的润滑剂覆盖，以减少在插入到组织期间的摩擦。有用的润滑剂包括甘油、丙三醇、硬脂酸酯、甘油二硬脂酸酯、棕榈醇、硬脂醇。可通过例如用乙醇或乙酸乙酯的药剂溶液喷洒来施加薄的润滑剂薄涂层。
[0191]柔性的聚合物涂层。原则上，可适用于电绝缘的所有类型的聚合物材料都可被使用。然而，要通过聚合物涂层生产的本发明的前置级设备的微小结构限制了应用的方法和有用的聚合物的数目。尽管来自汽相的单体沉积对于诸如提供聚对二甲苯基涂层来说是优选的，将涂敷有水溶性/可膨胀/可降解的硬化元件材料的前置级设备浸渍到聚合物或预聚物溶液中、将其从该溶液中取回以及蒸发该溶剂，可选地允许预聚物安放，也是有用的。浸渍方法应借助于与水溶性/可膨胀/可降解的材料不相互作用的聚合物溶剂，具体为诸如烷烃、或烯烃或环烷之类非极性溶剂或非极性芳族溶剂或其混合物，具体为戊烷或己烷，但也可以是二乙醚或二氯甲烷。适合的聚合物包括生物相容类型的聚氨酯、聚氨酯脲和聚酰亚胺。其它有用的聚合物包括个各种类型的硅。更多有用的聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。本发明的柔性的聚合物涂层随着周围组织而移动并且不限制组织的移动。柔性涂层的厚度从几个Mi直至20μηι或50μηι或更多。
[0192]原电极的束。本发明的原设备可以以不同的方式被捆绑，例如通过将它们的后端部分集成到聚合物或其它材料的基底中，或通过将它们的后端部分用胶水粘结。所述束可以是临时的，诸如为了在插入到软组织之前或期间将设备保持为固定关系，或是永久的。原设备的束包括放置在从由所述束包括的并且平行或大致平行对齐的两个或更多设备的远端的近端方向中的成束装置。成束装置优选地是永久的，即不会被体液溶解或降解，但是也可以是临时的，即在将所述束部署到软组织中时被溶解或降解。优选的永久成束装置是粘合剂，特别是冷固化聚合物粘合剂，例如聚氨酯或聚丙烯酸酯。聚合物粘合剂是一种不可由体液溶解或降解(除非经过超过I年或五年的非常长的时间段)的，粘合剂在原设备的近端部分处被施加到对齐的原设备。
[0193]对应属性的水溶性或可降解的粘合剂允许原设备在插入之际快速地或缓慢地分离。可膨胀但不溶于水的粘合剂允许插入到软组织的原设备以及从其形成的本发明的设备按受限方式移位，而不可溶解和不可膨胀的粘合剂将它们的移动限于弯曲，并且如果被设计成可延伸的，则限于长度变化。
[0194]束的个体原设备可以在长度上不同。例如，束的中央原设备可以比其周围设备更长以提供中央束点。
[0195]在插入软组织之际，束的原设备被转变成本发明的设备，并且原设备的束由此被转变成本发明的设备的束。
[0196]在本申请中，原设备的阵列或原设备的束形成包括许多原设备和/或原设备的束的原设备模式，这些原设备和/或原设备的束置于或附连于不导电支撑体的至少一面。实质上仅包括两个面的、由合适聚合物(如聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯和聚对二甲苯C)形成的薄支撑体是优选的。支撑体可以是扁平的但也可以是弯曲的。原设备和/或原设备的束可以被安装在支撑体的一个或这两个表面上。附连到支撑体的原设备和原设备的束可以从支撑体以一个角度突出，特别是从约15°到约75°的角度，并且甚至直到约90°，所述角度是设备或设备的束所包括的角度并且在支撑体的安装表面上的其突出和/或以原设备或原设备束沿支撑体的长轴和中心长轴所包括的从约15°到约75°的角度。支撑体可包含多孔或者对于体液可以是半透性的，即，对至少水和无机盐是可渗透的。
[0197]在插入到软组织中并与组织中的含水体液接触时，原设备、原设备的束和原设备的阵列或原设备的多个束被转变为对应的本发明的设备、设备的束和设备的阵列。
[0198]本发明的阵列的支撑体还可以是在软组织中可溶或可降解的材料。有用的材料包括上面被标识为有用的水溶性/可膨胀/可降解第一涂层材料。
[0199]如果期望阵列支撑体可以配备有控制单元，诸如包括与个别设备的导电体电接触的电子芯片或由所述电子芯片构成的控制单元。控制单元可以包括用于电组织刺激的单元和/或用于记录电神经信号的信号放大器，或与它们电接触。阵列支撑体还可以配备有辐射控制单元，它包括诸如与阵列的光纤光学耦合的一个或多个LED之类的辐射发射装置。而且，所述阵列支撑体还可以配备有光传感器。
【主权项】
1.用于插入到软组织中的具有前(远)端以及后(近)端的医疗设备，包括: -微电极； -微光源； -硬化元件，包括下述之一: a)在含水体液中可溶解或可降解足以使得与所述含水体液接触的所述硬化元件溶解或破裂的量的材料； b)在含水体液中可膨胀以形成透明凝胶的材料； -在所述硬化元件上的在所述硬化元件破裂或膨胀时防止或至少迟滞在所述电极和软组织之间的接触的柔性的非导体聚合物材料的涂层，所述涂层具有在所述破裂或溶解或膨胀时允许从光源发射的光离开所述设备的远端开口， -放置在所述设备的后端的基底。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光源是由LED、微激光器、从所述设备不包括的源接收光的光纤构成的组中的成员。3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述微电极包括金属或金属合金或导电聚合物。4.如权利要求2或3中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述微电极包括在所述光纤上的杆或层或在面向所述硬化元件的聚合物涂层上的层。5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述聚合物涂层是大致圆柱形形状。6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述电极是电绝缘的，除了在近端方向中从其远端延伸的部分之外。7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述电极通过在保持在地电位的聚合物涂层的外部面上的导电层被电屏蔽。8.如权利要求1- 7中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述硬化元件包括碳水化合物和/或蛋白质材料，或由所述材料构成。9.如权利要求1-8中任一权利要求所述的设备，其特征在于，包括在所述硬化元件溶解、降解或膨胀时在纵向(近-远)方向上可延伸的部分。10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述可延伸的部分包括所述聚合物涂层的一部分。11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述部分是风箱形状的。12.如权利要求1-11中任一权利要求所述的设备，其特征在于，包括微处理器控制单J L ο13.如权利要求1-12中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述柔性、非导电的涂层是大致圆柱形形状。14.如权利要求1-13中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述电极的远端在近端方向上从所述远端开口收回。15.如权利要求1-14中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述光纤的远端在近端方向上从所述远端开口收回。16.如权利要求1-15中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述硬化元件是大致旋转对称的特别是大致圆柱形形状，并且包括在远-近方向上彼此相邻放置的不同的合成物的两个或更多的圆柱形区段。17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，至少一个区段包括药理活性剂。18.如权利要求所述的设备，其特征在于，所述硬化元件包括在径向方向上彼此相邻放置的不同的合成物的两个区段。19.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述至少一个区段包括药理活性剂。20.如权利要求1-19中任一权利要求所述的设备，其特征在于，包括填充有药理活性剂的溶液的储器。21.如权利要求1-20中任一权利要求所述的设备，其特征在于，包括在其后端的用于与外部控制单元无线通信的装置。22.如权利要求1-21中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述电极、所述光源和/或所述柔性涂层被牢固地附连到所述基底。23.在插入如权利要求1-22中任一权利要求的所述设备并在所述硬化元件溶解、降解或膨胀时在组织中形成的治疗和/或诊断医疗设备，所述设备能够完成下述一个或多个项:a)将光发射入周围的软组织中；b)检测从周围的软组织发射的光;c)对周围的组织结构进行电刺激;d)检测从周围软组织发射的电信号。24.将如权利要求23所述的设备用于向诸如神经元的软组织的结构提供光和/或电刺激、记录从这样的结构发出的电信号、损伤这样的结构、组合药物提送、记录神经细胞信号和神经细胞刺激的用途。25.—种将相对于所选的结构将如权利要求1-22中任一权利要求的所述设备部署到软组织中的方法，包括: -将所述设备插入到软组织中以使得其占据第一位置； -维持该设备处于第一位置，直到硬化元件已经被溶解、降解或膨胀以形成透明凝胶； -使得光源在所选组织结构的方向中发射光； -通过检测从所选组织结构反射的光监视所选组织结构的位置； -相对于所选的组织结构部署所述设备。26.如权利要求1- 22中任一权利要求的所述设备，其特征在于，包括辐射传感器。27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述辐射传感器对可见和/或近红外光是敏感的。28.如权利要求26或27所述的设备，其特征在于，所述辐射传感器被安装在基底处。29.如权利要求13-22和26-28中任一权利要求的所述设备，其特征在于，所述远端开口是从轴向远端开口和径向远端开口中选择的。30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，包括一个远端轴向开口和一个或多个远端径向开口。31.如权利要求31所述的设备，其特征在于，所述辐射传感器被安装在基底处。32.如权利要求29-31中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述远端开口被半透明近红外材料片覆盖。33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述半透明材料片是与所述聚合物涂层一样柔性的或更加柔性的。34.如权利要求29-33中任一权利要求所述的设备，其特征在于，包括放置在所述光源的远端的高反射率的内壁表面。35.如权利要求29-24中任一权利要求所述的设备，其特征在于，包括包含了微通过开口的远端壁区段。36.如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述微通过开口的主体的直径为从5μπι到5 Oym，特别是从3μηι到30μηι。
【文档编号】A61N1/14GK106029161SQ201480076132
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】J·舒恩伯格
【申请人】神经毫微股份公司