(57)【要約】  電極の電気特性を最適化し、電極から身体組織を取り巻く信号の効率的な移動を実現する埋め込み医療電極のための表面形状である。塗膜は、表面形状の振幅を望ましい範囲に保持することによって、予め定められた範囲にあるパルス幅を有する信号に対して二重層容量を増加させ、後電位分極を低減するために最適化される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上の塗膜を最適化する方法であって、
ａ．第１の金属成分を供給し、
ｂ．第２の反応成分を供給し、
ｃ．前記第２の反応成分の堆積原子が第１の金属成分の原子と凝固前に反応するように、前記第１及び第２の成分を前記基材上に堆積させ、
ｄ．前記第１の金属成分及び前記第２の金属成分により、ピラミッド型又は四辺形状の結晶構造体が定義された表面を得て、
ｅ．前記結晶構造体の平均振幅が望ましい範囲内となるように堆積パラメータを変化させること
を含む方法。
【請求項２】
変化する前記堆積パラメータが、圧力及び電力からなる群から選ばれる請求項１の方法。
【請求項３】
前記堆積は、前記結晶構造体の平均振幅が前記望ましい範囲となる圧力によって行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の金属成分がチタンであり、前記第２の反応成分が窒素である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記結晶構造体の平均振幅の前記望ましい範囲が、約２５０から４００ナノメータの間である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ピラミッド型の構造体の底面に対する前記ピラミッド型の構造体の側面のなす角度が２０から７０度の間である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記角度が４５度である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
二重層容量に対する電圧を、１８〜２２ｍｓでの刺激パルスの立ち下がり区間を経て非刺激レベルの３０〜５０ｍＶの範囲内に降下させる請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記塗膜の二重層容量が約７０ｍＦ／ｃｍ2以上である請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記塗膜を堆積する前に前記基材を研磨するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記表面のＲａが１１マイクロニッチ以下に研磨される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記表面のＲａが８マイクロインチ以下に研磨される請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の金属成分はＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＷからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の反応成分は、窒素、酸素及び炭素からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
第１の金属成分及び第２の反応成分からなる区域２微細構造体を備え、表面に［１、１、１］構造が定義された結晶を有し、前記結晶が望ましい範囲に平均振幅を有する、埋め込み医療電極用の塗膜。
【請求項１６】
前記望ましい範囲が約２５０〜４００ナノメータである請求項１５に記載の塗膜。
【請求項１７】
前記結晶が、ピラミッド型の形状を有する請求項１５の塗膜。
【請求項１８】
前記ピラミッドが、３側面又は４側面を有する構造体である請求項１７に記載の塗膜。
【請求項１９】
前記塗膜が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＷからなる群から選択される元素の窒化物である請求項１５に記載の塗膜。
【請求項２０】
前記望ましい範囲を有する前記ピラミッド型結晶構造体の平均振幅を具備することにより約７０ｍＦ／ｃｍ2以上の二重層容量を有する塗膜となる請求項１６に記載の塗膜。
【請求項２１】
二重層容量に対する電圧を、１８〜２２ｍｓでの刺激パルスの立ち下がり区間を経て非刺激レベルの３０〜５０ｍＶの範囲内に降下させる請求項１６に記載の塗膜。
【請求項２２】
２５０〜４００ナノメータの平均振幅を有する、複数のピラミッド型構造体を備える埋め込み医療電極用の表面形状。
【請求項２３】
前記ピラミッド型構造体が、繰り返しパターン状に配置される請求項２２に記載の表面形状。
【請求項２４】
前記ピラミッド型構造体の底面が、三角形状又は四辺形状である請求項２２に記載の表面形状。
【請求項２５】
前記ピラミッド型構造体の底面が、多角形状である請求項２２に記載の表面形状。  
【請求項２６】
前記ピラミッド型構造体の底面のすべて又は一部が、曲線状である請求項２２に記載の表面形状。
【請求項２７】
前記ピラミッド型構造体が、切頭体である請求項２２に記載の表面形状。
【請求項２８】
前記ピラミッド型構造体の側面が、前記ピラミッド型構造体の底面に対して、２０から７０度の間の角度を有する請求項２２に記載の表面形状。
【請求項２９】
前記角度が４５度である請求項２８に記載の表面形状。
【請求項３０】
２５０〜４００ナノメータの平均振幅を有する、複数のピラミッド型構造体を備える埋め込み医療電極用の表面形状を有する埋め込み医療電極。
【請求項３１】
前記ピラミッド型構造体の底面が、三角形状又は四辺形状である請求項３０に記載の電極。
【請求項３２】
前記ピラミッド型構造体の底面が、多角形状である請求項３０に記載の電極。
【請求項３３】
前記ピラミッド型構造体の底面のすべて又は一部が、曲線状である請求項３０に記載の電極。
【請求項３４】
前記ピラミッド型構造体が、切頭体である請求項３０に記載の電極。
【請求項３５】
前記ピラミッド型構造体を備える請求項３０に記載の電極。
【請求項３６】
前記ピラミッド型構造体の側面が、前記ピラミッド型構造体の底面に対して、２０から７０度の間の角度を有する請求項３０に記載の電極。
【請求項３７】
前記角度が４５度である請求項３６に記載の電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００７年５月２９日に出願され、「接着性を改善した塗料の製造方法」と称される係属中の米国出願１１／７５４，６０１号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、電気的に能動的な医療用装置のための最適表面形状に関し、特に、刺激電極として人体に永久的に埋め込むことを意図する装置の表面形状に関する。
【背景技術】
【０００３】
能動型埋め込み装置は、組織の刺激又は電気的なバイオリズムのセンシングに用いられる典型的な電極である。典型的には、埋め込み電極の電気性能は、電極が接触する身体組織に電気的に最適化された界面を与えるために、外表面に塗膜（コーティング）を施すことにより高めることができる。高表面積又は高多孔質な塗膜を埋め込み電極に施すことにより、電極の二重層容量を増加させ、後電位分極（after-potential polarization）を抑制し、これにより、装置のバッテリー寿命を長くする、又は捕捉しきい値を低くすることを可能とし、そしてＲ波及びＰ波などの特定の電気信号のセンシングを改良できることが知られている。後電位分極の減少は、低電圧で電荷移動を増加させることにより電荷移動効率の増加をもたらす結果となる。これが神経刺激において興味深いところである。二重層容量は、典型的には電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）により測定される。この方法においては、電極が電解槽中に浸され、微小な（１０ｍＶ）周期波がその電極に印加される。二重層容量を決定するために、電極／電解質システムの電流電圧応答が測定される。容量は低周波数域（＜１０Ｈｚ）におけるインピーダンスの支配的要因であり、そのため容量は典型的には周波数域０．００１Ｈｚ〜１Ｈｚで測定される。
【０００４】
そのような塗膜は、大きな表面積を占め且つ体液中において生体適合性及び耐食性を備えることに加えて、コーティング後の組立及び使用時に剥離の兆候を何ら示すことなく、基材（電極表面）に強固に接着し、良好な耐摩耗性を有しなければならない。埋め込み作業中の塗膜の剥離が感染を招き、埋め込み後の塗膜の剥離が組織を刺激するために必要な帯電を突然増加させる原因となるため、電極塗膜の接着性は、重大な関心事である。更に、表面から剥離した材料が、装置の電気性能にマイナスの影響を及ぼし、組織の傷跡又は炎症を起こさせる場合があるため、もろい（不安定な）表面又は剥離しやすい表面は好ましくない。
【０００５】
大表面積を有する塗膜が、円柱状又はカリフラワー状の構造で表されるモフォロジ（形態）の多孔質堆積物として製造される。このような塗膜は、当該技術分野で知られる任意の手段、例えば、物理的気相成長法又はスパッタリングにより、電極表面上に堆積（蒸着）され得る。従来技術の様々な例において、空隙率の増加が、二重層容量の増加に繋がることが知られている。超コンデンサ、電解電池及び燃料電池の分野の従来技術では、空隙の網を相互に接続したことにより、著しい改良を示してきている。
【０００６】
シリアルナンバー１１／７５４，６０１号の親出願では、良好な接着特性を保持し、低い後電位分極（分極電位）を示す高表面積の塗膜を製造する方法を開示しており、その全体が本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、心臓又は神経性刺激のような細胞組織の電気刺激に用いられる場合、空隙率及び／又は表面積の増加、及びそれゆえに電気化学的インピーダンス分光法 （ＥＩＳ）により測定される二重層容量は、必ずしも電極の後電位分極を低下させること、又は電極の電荷移動能力を増加させることに関して、予期する結果を得られるものではない。
【０００８】
電池、コンデンサ及び燃料電池などに適用された従来技術における多孔質構造は、場合により数秒間もの長い充電及び放電時間に晒される。そのため、電圧変化速度はおよそ１Ｖ／ｓ〜１００Ｖ／ｓとなる。しかしながら、刺激及びバイオリズムのセンシングのための医療用電極の場合、組織にかける電圧差を制限して電極表面での水素形成を抑制するために、パルス持続時間はなるべく短くしなければならない。医療用電極の電圧掃引速度は、およそ１×１０^2〜１×１０^6Ｖ／ｓである。
【０００９】
組織刺激の領域において、電極モデルに共通の空隙率位相モデルを適用することにより、多孔質構造の拡散特性が、多孔質構造内に形成された二重層容量の充電及び放電を許容しないことが観測された。本発明において、微小空隙率を増加させることは、埋め込み型医療用電極の電気的刺激効率に影響を及ぼさないことが分かった。
【００１０】
その問題を図９に図式的に表す。二重層容量は、塗膜層の全表面にわたる抵抗／容量（キャパシタ）のペアによってモデル化される。しかしながら、支柱（カラム）間の多孔質領域でのＲs1、Ｒs2、Ｒs3、Ｒs4によって表される付加抵抗もまた存在している。極短時間の充放電速度に関しては、支柱間の付加抵抗が、抵抗／容量のペア（ＲＣペア）を支配する傾向にあり、支柱間のこれらのＲＣペアの充放電を抑制する。これは（図示しない）支柱の頂点にある抵抗／容量のペアだけに、電極から人体の細胞へ、信号を移送させる。その結果、信号移送の効率が解決される。
【００１１】
塗膜の表面積が増加する場合、塗膜の望ましい特性、即ち電極の高い二重層容量及び後電位分極影響の低い特性が向上される。医療用電極の電気的性能を最大にするためには、空隙率に関係なく電極の表面積を最大限にしなければならない。 
【００１２】
本発明は、従来の多孔質表面と関係する好ましくない効果を緩和する、電極の電気性能を最適化する埋め込み型医療用電極のための最適表面形状を開示することによって、これらの目的を達成するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
電極の表面で形成された電気的な二重層容量を放充電することによる、医療用電極における電荷移動方法が知られている。この層は、水、Ｎａ、Ｋ及びＣｌを主として構成されるバリアによって電極表面から被刺激組織が分離された単純な平行板モデルとして示すように考えられる。この層の厚さは、身体中の電解質濃度によって定まり、電極の活動時間中は一定である。０．９％塩分（例えば体液）中の電気的な導体により形成される電気的な二重層の厚さは約１ｎｍであり、標準的な身体電極中に形成される二重層容量の予想される厚みは０．５ｎｍ〜１０ｎｍ、より典型的には約５〜６ｎｍである。
【００１４】
典型的な人体細胞は、大きさがおよそ５，０００ｎｍ〜１０，０００ｎｍである。細胞は、層よりもずっと大きく電極表面よりもずっと小さいため、細胞は電極表面に平行であると考えられる。非分極性電解質（電解質は存在するが電気二重層の性質は帯びていない）が増加するにつれて、組織−電極システムのインピーダンスは増大する。これは液抵抗として電気化学的に知られている。インピーダンスの増大は、液抵抗パスに沿った電圧の散逸により、電荷移動に対してそれほど有効ではない。インピーダンスを最小化するために、被刺激組織は、電極表面と出来るだけ近接させる必要がある。よって、これらの目的のために、電極表面は平坦で組織に対して平行であるのが好ましい。
【００１５】
低い液抵抗と高い二重層容量に関する２つの最適な特性が対立しているため、最適形状は、角度を有し、繰り返しの表面組織から構成されることが分かった。二次元（２Ｄ）的表現では、これは振幅が１／２波長と等しい鋸歯パターンとなるだろう。三次元（３Ｄ）的表現では、最適形状は、ピラミッドの全ての辺が等しい長さのピラミッド形状の繰り返しを有する表面となるだろう。ピラミッド形状の底面（ベース）は、任意の与えられた領域において存在する構造体の数を増加させるために三角形状であるのが好ましいが、四辺形又は他の多角形状であっても構わない。
【００１６】
ピラミッド形状の表面構造体の最適な振幅は、二重層容量の充放電速度により規定され、二重層容量はそれを受けて刺激波形により規定される。心臓及び神経刺激の場合、この波形は典型的には持続時間が０．５ｍｓ〜５ｍｓであり、これが三角形のピラミッド形状に対して７０ｎｍ〜７５０ｎｍ、四辺形のピラミッド形状に対して２５ｎｍ〜３５０ｎｍの最適形状振幅を提案する。
【００１７】
好ましい方法においては、表面形状パターンは、塗膜手段によって電極上に導入される。使用された塗膜は、高度に配向した［１、１、１］結晶集合組織の支柱状構造を形成するように堆積されたＴｉＮ膜で構成された。ＴｉＮのＮａＣｌ型結晶構造は、［１、１、１］構造の単一の支柱状に堆積される場合に、ピラミッド型の表面モフォロジ（形態）となることが知られている。本明細書においては、この方法が十分に説明される。
【００１８】
表面組織は、ＰＶＤ塗膜以外の手段によっても形成され得る。例えば、レーザを用いて表面の詳細をエッチングして材料を除去すること等によって製造しても同様の結果が得られるであろう。
【００１９】
堆積パラメータを変化させることにより結晶粒の幅を変化させ、表面形状の振幅を変化させることを含む実験が、予期された最適形状を確認するために行われた。粒の幅に影響を与える要因は、よく知られ、従来技術に記載されており、吸着原子の表面移動度である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、振幅７０〜１００ｎｍの結晶子を有する表面を示す。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施形態に係る、振幅２００〜４００ｎｍの結晶子を有する表面を示す。
【図３】図３は、振幅５００〜１２００ｎｍの結晶子を有する表面を示す。
【図４】図４は、振幅１５０〜３５０ｎｍの結晶子となるトライアル７の結果を示す。
【図５】図５は、振幅２００〜３００ｎｍの結晶子を有する表面を示し、＞９０％の好ましい結晶方向［１、１、１］を有する表面を示す。
【図６】図６は、振幅２００ｎｍ〜３５０ｎｍを有し、＞９０％の好ましい結晶方向［１、１、１］を有する、本発明の好ましい実施形態に係る表面を示す。
【図７】図７は、様々な刺激パルス幅に関する結晶子の形状振幅の関数としての、後電位分極及び二重層容量の双方を表すグラフである。
【図８】図８は、後電位分極の影響を示す刺激パルスをプロットしたものである。
【図９】図９は、Ｎａ及びＣｌイオンで形成された電気二重層の表面の鋸歯形状を表す二次元表現である。この図は正確な縮尺ではない。
【図１０】図１０は、空隙率の関数としての増大インピーダンス（Ｒ）を示す典型的な空孔移動線モデルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、最適な表面形状を得ることにより、典型的な従来の表面改質と比べて性能優位性を実現するものであり、後電位分極の影響を小さくして電極の有効表面積を最大化し、これにより電荷移動効率を高くするものである。この最適化は、約１／２波形に等しい振幅の鋸歯波形を用いることによって二次元的に表現され得る繰り返し形状パターンによって達成される。精巧な（高質な）幾何学的エリアを有する表面の二次元モデルが、全ての表面から等距離に形成された電気二重層を有する鋸歯パターンとして表され、更に鋸歯波形が二重層の厚みよりも小さい場合には、キャパシタンスの増大は全くみられない。これは、最適波長が、元の表面から４５度となる表面をもたらすか、代替的には波形の振幅を最大化させることを示唆するだろう。
【００２２】
注目すべき範囲内のパルス幅を有する信号は、ある方向に約．５ｍｓ（０．５ｍｓ）から５ｍｓであり、理想的な表面形状は、振幅が２５０から４００ナノメータの範囲にある、規則的な、三角形の、ピラミッド型の構造体であろう。ピラミッド型構造体の面（辺）と面（辺）との間の角度、及びその構造体の底面（ベース）は４５度であろう。全ての例に対してこの完全な図形を製造することが可能ではない場合があるため、許容可能な範囲内において変形例（バリエーション）を製造することができる。例えば、ピラミッド型構造の面（辺）と面（辺）との間の角度は約２０度から約７０度に変動し得るであろう。また、その構造の底面は、四辺形又は多角形の形状であってもよく、線及び曲線の組み合わせからコーン形状をもたらす完全な円形状の底面に至るまでの任意の組み合わせにより構成されても構わない。ピラミッド型構造の頂点は、尖った先端となるのが理想的であるが、頂点は、その構造を切頭体とするように面取りされるか、又は曲面状とされる場合があるだろう。
【００２３】
電気的には、二重層容量は約７０ｍＦ／ｃｍ2以上とするのが望ましい。後電位分極に関して、図８は、本発明の好ましい実施形態における後電位分極に対する時間のプロットを示している。マイナス４Ｖの刺激パルスにより、二重層容量の電圧は、１８〜２２ｍｓの間の刺激パルスの立下がりを経て、非刺激レベルから３０から５０ｍＶ降下する。
【００２４】
電気性能を高める上で図形の繰り返しパターンが支配的な要素となっているため、刺激に用いられる全ての表面上にこの形状を作製し、この形状を近接させて集め、これにより、支柱状構造体間の多孔質ボイド（空隙）を少なくすることが最適である。これにより、二重層容量を高くし、信号転送の効率を良くし、任意の後電位分極を最小化させるための好適な高表面積を有する、性能を最良化させた電極をもたらす。
【００２５】
本発明の方法は、塗膜の堆積に関する多くの堆積プロセスの中の任意の１つ、例えば、一般的には物理的気相成長プロセス等を用いることによって最適に行われる。当該技術分野における種々の物理的気相成長プロセスが含まれ、限定されるものではないが、マグネトロンスパッタリング、陰極アーク、イオンビーム支援ＰＶＤ又はレーザアブレーションＰＶＤ等を含むことができ、これらのいずれも、本書で説明する塗膜を形成するために用いられる。好ましい実施形態における方法は、マグネトロンスパッタリングである。
【００２６】
本発明は、表面から物質を取り除く表面処理によっても行うことができ、これにより、必要な波長及び振幅を有する繰り返し形状パターンを形成する。これらの方法に制限はないが、薬品、プラズマ及びレーザを用いたエッチング法を含む。 
【００２７】
本発明を実施するための好ましい方法は、第１の金属成分及び［１、１、１］結晶構造の成長を促進させるための金属成分を混ぜ合わせた第２の反応成分を用いて好ましく形成された塗膜である。好ましい実施形態において、第１の金属成分はチタンであり、第２の反応成分は窒化チタン塗膜を形成する窒素である。好ましい実施形態において、塗膜の約９０％以上の表面が望ましい［１、１、１］結晶構造を有しており、塗膜の表面上で良好に定義されたピラミッド型の突起の証拠は、図６に示される。しかしながら、塗膜の表面上の［１、１、１］結晶構造が最低８０％得られていれば、許容可能な電気特性が得られることが分かっている。
【００２８】
第１の金属成分は、生体適合性を有する必要があり、反応成分は、導電性を有し、生物学的に安定であり、且つ陽陰極耐食性を有し、更に［１、１、１］構造に成長することが可能な立方晶系結晶構造を有する第１の金属成分と化合物を形成する必要がある。材料例としてはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＷの窒化物、酸化物及び炭化物等がある。好ましい実施形態においては、チタンが第１の金属成分であり、窒素が反応成分である。このプロセスは、例えば白金等の任意の材料で構成された基材と作用し、電極表面の塗膜の拡散及び混合を許容する温度に達することが可能である。
【００２９】
塗膜プロセスの間、基材は、塗膜凝縮物が凝固する前に表面拡散を生じることを可能にするための温度に保持される。これにより、より大きな、又はより拡散した核形成サイトが得られるか、又は場合によっては核形成サイトを除去できる。表面拡散は、電極ベース材料が凝縮物の金属成分と合金状又は固溶体状態にある混合層を促進する。
【００３０】
好ましい方法においては、基材温度は、金属塗膜種の融点の約２０％から４０％の間に保持される。本発明の好ましい実施形態においては、金属塗膜種はチタンである。この高められた温度は、物質の拡散を促進させる。
【００３１】
精巧に形作られたピラミッド型又は四辺形状の構造体を形成するには、プラズマフラックスを非常に低角で当てることが望ましい。即ち、プラズマフラックスが装置の表面に対して垂直になるようにすべきである。プラズマフラックスが斜角で衝突する装置表面の領域では、平坦な頂点を有するピラミッド型又は四辺形状の構造体が形成されやすく、これが装置の容量性能を低下させることになるであろう。
【００３２】
本発明の塗膜を複雑な形状に成長させることに関し、ＰＶＤプロセスでは、装置の全表面がその表面に垂直に衝突するプラズマフラックスを受けることを確実にするために、円筒ターゲットを使用する必要がある。装置の全表面は斜角でプラズマフラックスを受けるであろうが、斜角でのプラズマ衝突は垂直で衝突させる場合に比べてエネルギー量が小さくなるため、望ましい表面特性を形成するにはより影響を受けることとなるだろう。
【００３３】
本発明の一側面においては、ＰＶＤプロセスを用いた塗膜の堆積前に、電極表面が研磨される。研磨プロセスにより、塗膜構造体の支柱が成長する電極の表面上の核形成サイトを減少させ、ゆえに支柱を近接して集合させ、これにより塗膜中の空孔を減少させる。これを図１０に示す。これにより、支柱が隙間無く詰まり、これにより電送線有効空隙率に寄与する抵抗が最大になる支柱間の多孔質のボイド（空孔）を減少させる。この抵抗は、図１０の抵抗Ｒs1、Ｒs2、Ｒs3、Ｒs4によってモデル化される。好ましくは、表面が、Ｒａが１１マイクロインチ以下に研磨されるのが好ましく、好ましくはＲａが８マイクロインチ以下である。
【００３４】
本発明の他の側面においては、塗膜の表面積は、表面と身体組織との間の二重層容量を最大化するように最大化されるべきである。このため、ピラミッド構造の面（辺）が、ピラミッドの底面表面から４５度傾斜するように形成されるのが望ましい。しかしながら、塗膜が備える好ましい材料が窒化チタンである場合、結晶構造は本来的には約６５度の角度を有して形成されるであろう。
【００３５】
形成プロセス中に結晶に応力を与えることにより、又は結晶が形成される材料を変更することにより、４５度角は達成されるであろう。しかしながら、４５度角を得るために結晶子に応力を圧力をかけることは、塗膜の接着性にマイナスの影響を与える場合がある。しかしながら、経験的分析により調査したところ、４５度角が達成できない場合、低値で約２５度から高値で約６５度であれば効果を有することがわかった。したがって、好ましい材料を用いる場合は、本来の６５度角の形成を修正しようと試みない方が好ましい。
【００３６】
表面積を増大させる他の方法は、塗膜の表面上の表面（即ち、ピラミッドの底面を表す平面より上のピラミッド構造のピーク高さ）形状の振幅を変えることである。これは、支柱の幅を変化させることによって達成でき、これによりピラミッドの底面サイズを変化させることができる。
【００３７】
表面形状の振幅を特定の高さに修正することにより、高い二重層容量及び低い後電位分極の双方を満足するピラミッド構造が得られることが経験的に分かった。図７は、表面形状の振幅を示し、．５ｍｓ（０．５ｍｓ）から５ｍｓの信号波時速時間に対して左軸に後電位分極、右軸に二重層容量を表したグラフである。パルス刺激の立下り線後の任意の時間における後電位分極の最も低いポイントは、平均振幅が２５０ｎｍから４００ｎｍの間で起こる。また、二重層容量の許容可能なレベルは、２５０から４００ナノメータの間の平均振幅を有する表面であることが理解されよう。
【００３８】
高い二重層容量は、表面形状の高振幅域において利用可能であるが、後電位分極はまた、これらの振幅では許容できないレベルにまで上昇する。そのため、最適な範囲は２５０から４００ｎｍであろう。
【００３９】
図２および図６は、望ましい範囲（それぞれ２００〜４００ｎｍおよび２００〜３５０ｎｍ）における表面振幅を有する表面を示す。図１、図３及び図４は、望ましいピラミッド形状を有しているが、望ましい範囲である２５０〜４００ｎｍの範囲外に平均振幅を有しているため、二重層容量、後電位分極又はこれらの双方に対して許容できない値を示している。
【００４０】
結晶子形成時の角度が固定されるため、結晶子の振幅を変化させるためには支柱の幅を変化させる必要がある。支柱の幅を変更することにより、ピラミッドの底面の大きさを変更する効果がある。これにより、底面と側面の角度が一定値に保たれる場合には、ピラミッドの高さが変わる結果となる。
【００４１】
物理的気相成長プロセスでは、支柱の幅は、塗膜が堆積される場合のパラメータを修正することにより変化させることができる。堆積が生じる場合の支配的な要因は圧力である。一般的には、圧力が高くなるほど支柱の幅は狭くなり、圧力が低くなるほど支柱の幅は広くなる。そのため、頂点に望ましい範囲の平均振幅を有するピラミッドを形成させる支柱幅をもたらす物理的気相成長に利用される装置に依存して変化し得る圧力を選択する必要がある。
【００４２】
また、堆積速度に影響を与える電力は、圧力を変化させるよりも支配的ではなく、制御が難しいかもしれないが、電力も変化させることが可能である。電力を変更することは、堆積速度に影響を及ぼす。一般的には高電力であるほど支柱幅が広くなる。
【００４３】
本発明は、望ましい電気的特性を得るために必要な最適表面形状に関し、その形状を得る様々な方法が、以下の請求項により定義される。
【図１】
2010540205.tif 000003
【図２】
2010540205.tif 000004
【図３】
2010540205.tif 000005
【図４】
2010540205.tif 000006
【図５】
2010540205.tif 000007
【図６】
2010540205.tif 000008
【図８】
2010540205.tif 000009
【図９】
2010540205.tif 000010
【図１０】
2010540205.tif 000011
【図７】
2010540205.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月9日(2010.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上の塗膜を最適化する方法であって、
ａ．第１の金属成分を供給し、
ｂ．第２の反応成分を供給し、
ｃ．前記第２の反応成分の堆積原子が第１の金属成分の原子と凝固前に反応するように、前記第１及び第２の成分を前記基材上に堆積させ、
ｄ．前記第１の金属成分及び前記第２の金属成分により、ピラミッド型構造体が定義された表面を得て、
ｅ．前記ピラミッド型構造体の平均振幅が望ましい範囲内となるように堆積パラメータを変化させること
を含む方法。
【請求項２】
変化する前記堆積パラメータが、圧力及び電力からなる群から選ばれる請求項１の方法。
【請求項３】
前記堆積は、前記ピラミッド型構造体の平均振幅が前記望ましい範囲内となる圧力によって行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の金属成分がチタンであり、前記第２の反応成分が窒素である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ピラミッド型構造体の平均振幅の前記望ましい範囲が、約２５０から４００ナノメータの間である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ピラミッド型構造体の底面に対する前記ピラミッド型構造体の側面のなす角度が２０から７０度の間である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記角度が４５度である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記塗膜の二重層容量が約７０ｍＦ／ｃｍ2以上である請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記二重層容量に対する電圧を、１８〜２２ｍｓでの刺激パルスの立ち下がり区間を経て非刺激レベルの３０〜５０ｍＶの範囲内に降下させる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記塗膜を堆積する前に前記基材を研磨するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記表面のＲａが１１マイクロインチ以下に研磨される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記表面のＲａが８マイクロインチ以下に研磨される請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の金属成分はＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＷからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の反応成分は、窒素、酸素及び炭素からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
第１の金属成分及び第２の反応成分からなる区域２微細構造体を備え、表面に［１、１、１］構造が定義された結晶を有するピラミッド型構造体を形成し、望ましい範囲に平均振幅を有する、埋め込み医療電極用の塗膜。
【請求項１６】
前記望ましい範囲が約２５０〜４００ナノメータである請求項１５に記載の塗膜。
【請求項１７】
前記ピラミッド型構造体が、３側面又は４側面を有する構造体である請求項１６に記載の塗膜。
【請求項１８】
前記塗膜が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＷからなる群から選択される元素の窒化物である請求項１５に記載の塗膜。
【請求項１９】
前記ピラミッド型構造体が前記平均振幅を具備することにより約７０ｍＦ／ｃｍ2以上の二重層容量を有する塗膜となる請求項１５に記載の塗膜。
【請求項２０】
二重層容量に対する電圧を、１８〜２２ｍｓでの刺激パルスの立ち下がり区間を経て非刺激レベルの３０〜５０ｍＶの範囲内に降下させる請求項１９に記載の塗膜。
【請求項２１】
２５０〜４００ナノメータの平均振幅を有する、複数のピラミッド型構造体を備える埋め込み医療電極用の表面形状。
【請求項２２】
前記ピラミッド型構造体が、繰り返しパターン状に配置される請求項２１に記載の表面形状。
【請求項２３】
前記ピラミッド型構造体の底面が、三角形状又は四辺形状である請求項２１に記載の表面形状。
【請求項２４】
前記ピラミッド型構造体の底面が、多角形状である請求項２１に記載の表面形状。  
【請求項２５】
前記ピラミッド型構造体の底面のすべて又は一部が、曲線状である請求項２１に記載の表面形状。
【請求項２６】
前記ピラミッド型構造体が、切頭体である請求項２１に記載の表面形状。
【請求項２７】
前記ピラミッド型構造体の側面が、前記ピラミッド型構造体の底面に対して、２０から７０度の間の角度を有する請求項２１に記載の表面形状。
【請求項２８】
前記角度が４５度である請求項２７に記載の表面形状。
【請求項２９】
２５０〜４００ナノメータの平均振幅を有する、複数のピラミッド型構造体を備える埋め込み医療電極用の表面形状を有する埋め込み医療電極。
【請求項３０】
前記ピラミッド型構造体の底面が、三角形状又は四辺形状である請求項２９に記載の電極。
【請求項３１】
前記ピラミッド型構造体の底面が、多角形状である請求項２９に記載の電極。
【請求項３２】
前記ピラミッド型構造体の底面のすべて又は一部が、曲線状である請求項２９に記載の電極。
【請求項３３】
前記ピラミッド型構造体が、切頭体である請求項２９に記載の電極。
【請求項３４】
前記ピラミッド型構造体の側面が、前記ピラミッド型構造体の底面に対して、２０から７０度の間の角度を有する請求項２９に記載の電極。
【請求項３５】
前記角度が４５度である請求項２９に記載の電極。
【請求項３６】
前記ピラミッド型構造体が、三角形又は四辺形の底面を有する請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
（ａ．１）前記第１の金属成分を表面拡散させる温度に前記基材を保持し、
（ａ．２）前記第１の金属成分を前記基材の前記表面上に凝縮させ、これにより前記基材物質と前記第１の金属成分との合金又は固溶体からなる混合層を形成すること
を含む追加的な工程を、前記（ａ）工程の後に更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
前記基材の温度を、前記第１の金属成分の融点温度の２０％から４０％の範囲に保持する請求項３７に記載の方法。
【国際調査報告】
2010540205.tif 000013