植入式电极的制作方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2015年2月13日提交的临时申请no.62/116,240的优先权，所述临时申请在此通过引用全文并入本文。

本发明涉及医疗装置和形成医疗装置方法。更具体地，本发明涉及电极、包含该电极的植入式装置和制造该电极的方法。

背景技术：

植入式医疗装置被用于各种治疗应用。在一些植入式医疗装置中，脉冲发生器和医疗导线被共同用于将以由医疗导线上的电极递送的电脉冲形式的电刺激治疗提供至患者内的组织部位。植入式电极可以由如铂和/或钯的贵金属的合金制成。这种铂和钯的合金(也称作铂钯合金)可以是抗腐蚀的、生物相容的和不透辐射的。后者的特性使得植入过程中能够校验电极处于身体内的适当位置以用于有效的治疗传递。然而，铂钯合金是昂贵的。此外，铂钯合金在使用中易于极化到了可能减弱医疗装置效果的程度。

电极极化可以通过在电极表面形成氧化铱涂层加以减少。可以形成于铂或钯合金电极上的适合的氧化铱涂层包括阳极氧化铱膜、热氧化铱膜和溅射氧化铱膜。阳极氧化铱膜可以通过在电极表面沉积一层铱，然后在电解液中阳极氧化铱层以得到氧化铱膜形成。铱层可以通过溅射沉积来沉积，其可能会是一个沉积大量铱到非目标(例如非电极)表面的昂贵的工艺并且需要购买和保养起来昂贵的溅射沉积系统。热氧化铱膜可以通过铱盐的热分解形成。该过程可能花费数天并且得到的氧化铱膜对下垫面的附着力可能不足以用于医疗应用。溅射氧化铱膜是通过在氧等离子体氛围中溅射铱而通过将氧化铱直接溅射沉积到表面上形成。与前述阳极氧化铱膜一样，氧化铱膜的溅射沉积可能会是一个沉积大量铱到非电极表面的昂贵的工艺并且需要购买和保养起来昂贵的溅射沉积系统。与形成氧化铱层有关的昂贵的制造操作进一步加大了由铂钯合金制成的电极已经高额的成本。另外，电极的后续处理如焊接可能会去除已沉积的氧化铱膜并且减弱电极的效果。

技术实现要素：

在示例1中，用于植入式医疗装置的电极包含合金和所述合金表面上的导电氧化层。所述合金包含铱以及钴与铁中的至少一种。所述导电氧化层包含氧化铱并且厚度大于约5纳米。

在示例2中，根据示例1的电极，其中，所述合金包含含量从约10wt.％到约60wt.％的铱，并且余下的是钴与铁中的至少一种。

在示例3中，根据示例1-2任一项的电极，其中，所述合金包括钴。

在示例4中，根据示例1-3任一项的电极，其中，所述合金进一步包含铬并且所述导电氧化层进一步包含氧化铬。

在示例5中，根据示例4的电极，所述合金包含含量从约10wt.％到50wt.％的铱，含量从约10wt.％到约20wt.％的铬，并且余下的是钴与铁中的至少一种。

在示例6中，根据示例1-5任一项的电极，其中，所述合金进一步包含含量不大于约5wt.％的钼与含量不大于约5wt.％的钛中的至少一种。

在示例7中，根据示例1-6任一项的电极，其中，所述导电氧化层的厚度在约5纳米到约2000纳米之间。

在示例8中，根据示例1-7任一项的电极，其中，导所述导电氧化层的厚度在约10纳米到约1000纳米之间。

在示例9中，根据示例1-8任一项的电极，其中，所述导电氧化层的厚度约200纳米。

在示例10中，一种植入式医疗装置包括脉冲发生器和伸长的导线。所述脉冲发生器包含提供电刺激的电子电路。所述伸长的导线包含与所述脉冲发生器相连的近端、与所述近端相对的远端和示例1-9中任何一个的至少一个所述电极。所述电极靠近所述远端放置并且与所述电子电路电连接。

在示例11中，根据示例10的装置，其中，所述植入式医疗装置是心脏功能管理系统。

在示例12中，一种制造用于植入式医疗装置的电极的方法包含将所述电极的表面暴露于电解液中。暴露的电极表面包含钴与铁中的至少一种和铱构成的合金。所述方法还包含在至少部分放置在所述电解液内的阴极和所述电极之间施加电压以在所述阴极和所述电极之间传递电流。所述方法包含通过将从所述电解液中释放的氧与所述暴露的电极表面处的铱进行反应以在所述暴露的电极表面上形成包含氧化铱的导电氧化层。

在示例13中，根据示例12的方法，其中，所述电流是直流电流，并且以一系列单相脉冲施加所述电压。

在示例14中，根据示例12-13任一项的方法，其中，所述暴露的电极表面进一步包含铬和铱以及钴与铁中的至少一种构成的合金，并且所述导电氧化层进一步包含通过从所述电解液中释放的氧与所述暴露的电极表面上的铬之间的反应形成的氧化铬。

在示例15中，根据示例12-14任一项的方法，其中，形成所述导电氧化层直到所述导电氧化层的厚度达到约5纳米到约2000纳米之间。

在示例16中，用于植入式医疗装置的电极包含合金和所述合金表面上的导电氧化层。所述合金包含铱以及钴与铁中的至少一种。所述导电氧化层包含氧化铱并且厚度大于约5纳米。

在示例17中，根据示例16的电极，其中，所述合金包含含量从约10wt.％到约60wt.％的铱，并且余下的是钴与铁中的至少一种。

在示例18中，根据示例16-17任一项的电极，其中，合金包括钴。

在示例19中，根据示例16-18任一项的电极，其中，所述合金进一步包含铬并且导电氧化层进一步包含氧化铬。

在示例20中，根据示例19的电极，其中，所述合金包含含量从约10wt.％到约50wt.％的铱，含量从约10wt.％到约20wt.％的铬，并且余下的是钴与铁中的至少一种。

在示例21中，根据示例16-20任一项的电极，其中，所述合金进一步包含含量不大于约5wt.％的钼与含量不大于约5wt.％的钛中的至少一种。

在示例22中，根据示例16-21任一项的电极，其中，所述导电氧化层的厚度在约5纳米到约2000纳米之间。

在示例23中，根据示例16-22任一项的电极，其中，所述导电氧化层的厚度在约10纳米到约1000纳米之间。

在示例24中，根据示例16-23任一项的电极，其中，所述导电氧化层的厚度约200纳米。

在示例25中，一种制造用于植入式医疗装置的电极的方法包含将所述电极的表面暴露于电解液中。暴露的电极表面包含钴与铁中的至少一种和铱构成的合金。所述方法还包含在至少部分放置在所述电解液内的阴极和所述电极之间施加电压，以在所述阴极和所述电极之间传递电流。所述方法包含通过将从所述电解液中释放的氧与所述暴露的电极表面处的铱进行反应以在所述暴露的电极表面上形成包含氧化铱的导电氧化层。

在示例26中，根据示例25的方法，其中，所述电流是直流电流，并且以一系列单相脉冲施加所述电压。

在示例27中，根据示例25-26任一项的方法，其中，所述暴露的电极表面进一步包含铬和铱以及钴与铁中的至少一种构成的合金，并且所述导电氧化层进一步包含通过从所述电解液中释放的氧与所述暴露的电极表面处的铬之间的反应形成的氧化铬。

在示例28中，一种植入式医疗装置包括脉冲发生器和伸长的导线。所述脉冲发生器包含提供电刺激的电子电路。所述伸长的导线包含与所述脉冲发生器相连的近端、与所述近端相对的远端和至少一个电极。所述电极靠近所述远端放置并且与所述电子电路电连接。所述电极包含合金和所述合金表面上的导电氧化层。所述合金包含铱以及钴与铁中的至少一种。导电氧化层包含氧化铱并且厚度大于约5纳米。

在示例29中，根据示例28的装置，其中，所述合金包含含量从约10wt.％到60wt.％的铱，并且余下的是钴与铁中的至少一种。

在示例30中，根据示例28-29任一项的装置，其中，所述合金包括钴。

在示例31中，根据示例28-30任一项的装置，其中，所述合金进一步包含铬并且所述导电氧化层进一步包含氧化铬。

在示例32中，根据示例31的装置，其中，所述合金包含含量从约10wt.％到约50wt.％的铱，含量从约10wt.％到约20wt.％的铬，并且余下的是钴与铁中的至少一种。

在示例33中，根据示例28-32任一项的装置，其中，所述合金进一步包含含量不大于约5wt.％的钼与含量不大于约5wt.％的钛中的至少一种。

在示例34中，根据示例28-33任一项的装置，其中，所述导电氧化层的厚度在约5纳米到约2000纳米之间。

在示例35中，根据示例28-34任一项的装置，其中，所述植入式医疗装置是心脏功能管理系统。

虽然公开了多个实施例，通过以下示出以及描述本发明示例性实施例的详细描述，本发明的仍其他实施例对本领域技术人员而言将变得显而易见。相应地，附图和详细描述被视为本质上是示例性的而非限制性的。

附图说明

图1表示根据本发明的实施例的植入式医疗装置。

图2是图1的植入式医疗装置的一部分的示意性轴向横截面视图。

虽然本发明可服从多种修改及可选形式，但特定实施例经由附图中的示例已经被示出并且在以下被详细描述。然而，意图并非将发明限制到所公开的具体实施例。相反地，本发明旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的范围的所有修改、等同方案以及可选方案。

具体实施方式

图1提供了利用具有电极的植入式医疗装置的医疗应用的一个说明性但非限制性的示例。应用和位置仅为示意，因为具有电极的并且结合及本发明的实施例的植入式医疗装置可以用于各种解剖学定位和各种另外的用途。

图1表示植入式装置100。植入式装置100通常表示但不限于心脏功能管理(称为“cfm”)系统如起搏器、心律转复器/除颤器、起搏器/除颤器、双心室或其他多点再同步或协调装置如心脏再同步治疗(称为“crt”)装置，传感仪器，神经刺激装置或器官刺激装置。

图1表示植入式装置100可以包含导线102和脉冲发生器105。导线102可以包含导线本体110，和至少一根延伸通过导线本体110内形成的内腔的伸长导体120。导线本体110从近端112延伸至远端114。导线102的近端112例如通过终端销131与脉冲发生器105电耦接。

脉冲发生器105可以包含电源(未示出)和电子电路122。在一些实施例中，脉冲发生器105可以由一个或多个电池供电，虽然其他内部或外部电源可能被用于给定应用。在一些实施例中，电子电路122可以包括一个或多个提供处理和/或评估功能并能测定和传递不同能量水平和定时的电击或脉冲的微处理器。脉冲发生器可以用作各种有用治疗的一部分，包括用于神经刺激或心室除颤或心率转变。其也可以被用于响应于包括纤维性颤动、心脏再同步、心跳过速或心跳过缓的一种或多种感测的心律失常来起搏心脏。

导线102可以进一步包含一个或多个电极115。一个或多个电极115每个都至少与一个导体120电耦接。电极115允许如电击或脉冲的电治疗从脉冲发生器105传递至靶组织或位置。在一些实施例中，电极115也允许脉冲发生器105感测心脏的固有信号，并且产生一系列定时放电。

图2是根据本发明的示出电极的图1的植入式医疗装置的一部分的示意性轴向横截面视图。电极115被表示为环绕导线本体110的圆周并且沿着其部分延伸的环形电极。然而，导体可以有任意合适的尺寸和/或形状。伸长导体120通过导线本体110与电极115相连接。如图2所示，电极115包括形成在电极115的暴露的表面上的导电氧化层124。

在一些实施例中，电极115可以由包括铱以及钴与铁中的至少一种的合金形成。在一些实施例中，电极115不包含铂或钯，除了痕量的可能存在的污染物。也就是说，在一些实施例中，铂和钯并非有意加入到合金。在一些实施例中，电极115可以另外地或可选地不含镍。不含镍意味着不有意添加镍，但是由于镍和钴的分离困难可能存在痕量镍。如这里所用的，痕量意味着不大于1.0wt.％。

在一些实施例中，电极115可以由包含含量低至约10wt.％、约15wt.％或约20wt.％，或高达约30wt.％、约40wt.％、约50wt.％或约60wt.％或者可以存在于任何一对前述值之间限定的任何范围内的铱和余量的钴与铁中的至少一种或其组合的合金形成。例如，在一些实施例中，电极115可以由包含含量从约10wt.％到约60wt.％的铱和余量的钴的合金形成，并且在其他实施例中，电极115可以由包含含量从约10wt.％到约60wt.％的铱和余量的铁的合金形成；并且在另外的其他实施例中，电极115可以由包含含量从约10wt.％到60wt.％的铱和余量的钴与铁组合的合金形成。

在一些实施例中，电极115可以由包含含量低至约10wt.％、约15wt.％或约20wt.％，或高达约30wt.％、约35wt.％、约40wt.％、约45wt.％或约50wt.％或者可以存在于任何一对前述值之间限定的任何范围内的铱，含量低至约10wt.％、约12wt.％或约14wt.％，或高达约16wt.％、约18wt.％或约20wt.％或者可以存在于任何一对前述值之间限定的任何范围内的铬和余量的钴与铁中的至少一种或其组合的合金形成。例如，在一些实施例中，电极115可以由包含含量从约10wt.％到约50wt.％的铱，含量从约10wt.％到约20wt.％的铬和余量的钴的合金形成，而在其他实施例中电极115可以由包含含量从约10wt.％到约50wt.％的铱，含量从约10wt.％到约20wt.％的铬和余量的铁的合金形成。在一些实施例中，铬的存在可以增加抗腐蚀性。

在一些实施例中，电极115可以由包含含量低至约10wt.％、约15wt.％或约20wt.％，或高达约30wt.％、约40wt.％、约50wt.％、或约60wt.％或者可以存在于任何一对前述值之间限定的任何范围内的铱和含量不大于约2wt.％、约4wt.％或约5wt.％的钼与含量不大于约2wt.％、约4wt.％或约5wt.％的钛中的至少一种和余量的钴与铁中的至少一种或其组合的合金形成。例如，在一些实施例中，电极115可以由包含含量从约10wt.％到约60wt.％的铱、含量不大于约5wt.％的钼与含量不大于约5wt.％的钛中的至少一种和余量的钴的合金形成；在其他实施例中，电极115可以由包含含量从约10wt.％到约60wt.％的铱、含量不大于约5wt.％的钼和含量不大于约5wt.％的钛中的至少一种和余量的铁的合金形成。在一些实施例中，钼和/或钛的存在的存在可以增加抗腐蚀性。

在一些实施例中，导电氧化层124包含氧化铱。如这里所述，在一些实施例中，导电层124可以通过氧和合金中的铱之间的化学反应形成。在一些实施例中，导电氧化层124的厚度大于约5纳米。在一些实施例中，导电氧化层124的厚度低至约10纳米、约20nm、约50nm、约100纳米或约200纳米，或高达约200纳米、约300纳米、约400纳米、约500纳米、约600纳米、约700纳米、约800纳米、约1000纳米、约1500纳米或约2000纳米，或者厚度可以存在于任何一对前述值之间限定的任何范围内。在一些实施例中，导电氧化层124的厚度可以在约5纳米与约2000纳米之间、约10纳米与约1000纳米之间或在约100纳米与约300纳米之间。在其他实施例中，导电氧化层124的厚度可以是约200纳米。导电氧化层124的厚度可以通过测量到其主要以导电氧化层124的氧为主并且低于其以金属材料为主的深度来确定。测量可以通过例如经由扫描电子显微镜的截面视图、俄歇电子能谱、x射线光电子能谱或其他能够检测和测量从氧到金属的过渡的任何其他分析技术进行。

在一些实施例中，导电氧化层124可以包含氧化铱和氧化铬二者。在这样的实施例中，导电氧化层124可以通过氧与合金中的铱和铬二者之间的化学反应形成。在这样的实施例中，导电氧化层124对电极115提供的腐蚀防护相比于导电氧化层124中不包含氧化铬的实施例可以有所提高。

在一些实施例中，电极115可以通过对包含铱以及钴与铁中的至少一种的铟合金进行阳极氧化来制造。电极115可以被浸入电解液中以便电极115的表面暴露于电解液之中。阴极也可以被放置在电解液中，并且可以在阴极和电极115之间施加电压以在阴极和电极115之间传递电流。电压可以以脉冲波形施加。当施加电压时氧被释放。释放的氧与合金中的铱反应以在暴露于电解液中的电极115的表面上形成至少一部分导电氧化层124。在一些实施例中，电流可以是直流电。在一些实施例中，电流可以是交流电。在一些实施例中，电压可以以一系列单相脉冲施加。在其他实施例中，电压可以以一系列双相脉冲施加。

通过阳极氧化构成电极115的合金形成导电氧化层124。也就是说，导电氧化层124不是通过沉积铱层然后阳极氧化形成的。

在一些实施例中，包含通过对包含铱以及钴与铁中的至少一种的合金进行阳极氧化形成的导电氧化层124的电极115可以展示出当以电压衰减率测试测量时低于0.02伏特/秒的电极极化水平或当以后电位测试测量时低于0.01伏特的电极极化水平，二者在下面示例1中进行了描述。电极极化可以在多个方面减弱植入式医疗装置的效果。例如，在脉冲发生器105依赖电极115来感测心脏固有信号以便可以产生一系列定时放电的应用中，电极极化可以干扰电极115感测这种信号的能力。另外地或者可选地，电极极化可以增加有效地提供治疗所需的总电荷注入，比期望中更快耗尽电池电量。此外，由于可能产生不需要的反应副产物，电荷的增加可能对组织本身有害。

在一些实施例中，导电氧化层124可以为电极115提供腐蚀防护。在一些实施例中，导电氧化层124充分附着于电极115的表面。因为氧化层124是通过对电极115本身的合金的氧化形成的，所以没有中间沉积层并且氧化层124与电极间的附着力可以比通过先沉积涂层再阳极氧化形成的氧化层更大。

在一些实施例中，电极115可以是生物相容的和不透辐射的。当电极115不含镍时，生物相容性可以进一步提高。电极不透辐射性，或者电极可以不透辐射的程度，可以用astmf640-12(称为“确定医用不透辐射性的标准测试方法”)进行评估。不透辐射性是原子序数和密度的函数。铱的原子序数和密度与铂的近乎相同而比钯要高，而铂和钯是两种高度不透辐射的材料。实施例可以包含含量足以提供不透辐射性的铱。例如，具有至少约10％的铱而余下的是钴与铁中的至少一种的实施例有望为电极115提供足以在植入式电子装置100中使用的不透辐射性。

电极115可以提供相对于现有电极的显著的成本节约。铱、钴和铁一直以来都比贵金属如铂和钯要便宜很多。具有不大于约50％的铱的实施例相比于现有电极可以导致充分的材料成本节约。因为不需要溅射沉积操作，直接从铱以及钴与铁中的至少一种的合金制备导电氧化层可以实现额外的成本节约。

在不脱离本发明保护范围的情形下，可以对此处所讨论的示例性实施例作出各种修改和添加。例如，虽然上述实施例指代特定的特征，但本发明的保护范围还包括具有特征的不同组合的实施例和不包括所有描述的特征的实施例。相应地，本发明的保护范围旨在包含所有落在权利要求范围内的替换、修改、变体以及所有其等同物。

示例

以下示例只作为说明而不作为限定。

金属样品制备

按照下表1制备多个包含各种含量的铱(ir)、钴(co)、铁(fe)和铬(cr)的金属样品。每个样品利用具有水冷铜坩埚和氩保护气体的电弧熔炼系统制备。样品1-12代表根据本发明实施例的电极。样品13和14分别是钴和铁的对照样品。

表1

氧化层形成

通过阳极氧化过程形成氧化层。将每个金属样品浸入浓度为约1.5克每升的磷酸盐缓冲盐水电解液中并且连接在直流电路中作为阳极。将碳石墨棒也浸入盐电解液中并且连接作为阴极。电路的直流电源产生所需的电流密度。采用的波形是电流控制的持续4毫秒的20毫安的单相脉冲，脉冲间有0.5毫秒的间隔。施加的电压在约2伏特至约3伏特之间。对每个样品的阳极氧化过程按表2记录的氧化时间来进行。阳极氧化过程在室温(例如约20℃)下进行。

表2

示例1

电极极化测试

电极极化通过电压衰减率测试和后电位测试来评估。两个测试都测量电脉冲后电极电压衰减的快慢。更快的衰减意味着降低的电极极化和更好的电极性能。

电压衰减率测试

电压衰减率测试(dv/dt测试)测量在电脉冲之后特定时间段内电极电压的松弛速率。松弛速率在电脉冲后的23.5至28.5毫秒时间段内测量。为了进行对比，dv/dt测试在每个样品形成氧化层之前和之后进行。测试结果如下表3所示。样品1-4、6-9和11-12展示出低于0.02伏特/秒的dv/dt测试值。对照样品13和14展示出显著大于样品1-4、6-9和11-12的dv/dt测试值。

后电位测试

后电位测试(ap测试)测量电脉冲后特定时间点的剩余电势。剩余电势在电脉冲10毫秒后测量。为了进行对比，ap测试在每个样品形成氧化层之前和之后进行。ap测试结果也如下表3所示。样品1-4、6-9和11-12展示出低于0.10伏特的ap测试值。对照样品13和14显示出更高的ap测试值。

表3

示例2

循环动电位极化腐蚀测试

样品的腐蚀测试根据astmf2129-08(称为“用于执行循环动电位极化测量以确定小型植入装置的腐蚀敏感性的标准测试方法”)程序进行评估。测试结果也如下表4所示。样品1、4、9和10腐蚀可见。包含铱、钴和铬的样品11和12腐蚀不可见。

表4