(57)【要約】  導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む、繊維性マトリクスを含む生体模倣電極材料について記載する。この生体模倣電極材料は、心臓および神経刺激用途を含む、数々の身体植込用途において用いられる。この生体模倣電極材料は、電気紡糸および関連する処理を用いて形成可能である。この生体模倣電極は、イオン伝導性の組織から導電性の電極への効率的な電荷輸送を可能とするとともに、周囲の組織を誘起して移植された装置へ直接的に取り付けまたは接続し、装置の生体適合性を増加させることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用の電気リード線であって、
パルス発生器に対し接続される基端から、先端まで延びている導体を含む、リード本体と、
前記導体に対し動作可能に接続されている１つ以上の電極と、を備え、前記電極は導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含む、医療用電気リード線。
【請求項２】
前記イオン伝導性ポリマー材料はポリマー電解質を含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項３】
前記電極は前記繊維性マトリクス内に分散した擬似容量材料をさらに含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項４】
前記擬似容量材料はイリジウム酸化物を含む、請求項３に記載の医療用電気リード線。
【請求項５】
前記繊維性マトリクスは複数の繊維を含み、各繊維は前記導電性ポリマーを含むコアと前記イオン伝導性ポリマー材料を含むシェルとを含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項６】
前記繊維性マトリクスは複数の導電性ポリマー繊維と複数のイオン伝導性ポリマー繊維とを含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項７】
前記繊維性マトリクスは、複数のイオン伝導性ポリマー繊維を有するシェルに包囲された、複数の導電性ポリマー繊維を有するコアを含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項８】
前記電極は前記導電性ポリマーを含むコア内に分散した擬似容量材料をさらに含む、請求項７に記載の医療用電気リード線。
【請求項９】
前記電極は前記イオン伝導性ポリマー材料を含むシェル内に分散した擬似容量材料をさらに含む、請求項７に記載の医療用電気リード線。
【請求項１０】
前記導電性ポリマーはポリピロールを含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項１１】
前記導電性ポリマーは、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニルビニレン）、およびそれらの混合物から選択される、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項１２】
前記イオン伝導性ポリマー材料は親水性ポリマー電解質である、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項１３】
前記ポリマー電解質はポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含む、請求項２に記載の医療用電気リード線。
【請求項１４】
前記導体は前記リード本体の基端から先端まで延びている１つ以上の導電性繊維を含み、前記導電性繊維は導電性ポリマーを含むコアと絶縁性ポリマーを含むシェルとを含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項１５】
前記電極は導電性基材およびコーティングをさらに含み、前記コーティングは導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含み、前記導電性基材の少なくとも一部を覆っている、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項１６】
医療用の電気リード線であって、
パルス発生器に対し接続される基端から、先端まで延びている導体を含む、リード本体と、
基材および同基材の少なくとも一部の上に配置されたコーティングを含む電極と、を備え、前記コーティングは導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含む、医療用電気リード線。
【請求項１７】
前記イオン伝導性ポリマー材料はポリマー電解質を含む、請求項１６に記載の医療用電気リード線。
【請求項１８】
前記コーティングは擬似容量材料をさらに含む、請求項１６に記載の医療用電気リード線。
【請求項１９】
前記擬似容量材料はイリジウム酸化物を含む、請求項１７に記載の医療用電気リード線。
【請求項２０】
前記繊維性マトリクスは複数の繊維を含み、各繊維は前記導電性ポリマーを含むコアと前記イオン伝導性ポリマー材料を含むシェルとを含む、請求項１７に記載の医療用電気リード線。
【請求項２１】
前記繊維性マトリクスは、複数のイオン伝導性ポリマー繊維を有するシェルに包囲された、複数の導電性ポリマー繊維を有するコアを含む、請求項１６に記載の医療用電気リード線。
【請求項２２】
前記コーティングは前記導電性ポリマー繊維を含むコア内に分散した擬似容量材料をさらに含む、請求項２１に記載の医療用電気リード線。
【請求項２３】
前記コーティングは前記イオン伝導性ポリマー繊維を含むシェル内に分散した擬似容量材料をさらに含む、請求項２１に記載の医療用電気リード線。
【請求項２４】
前記導電性ポリマーはポリピロールを含む、請求項１６に記載の医療用電気リード線。
【請求項２５】
前記導電性ポリマーは、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニルビニレン）、およびそれらの混合物から選択される、請求項１６に記載の医療用電気リード線。
【請求項２６】
前記ポリマー電解質は親水性ポリマー電解質である、請求項１７に記載の医療用電気リード線。
【請求項２７】
前記ポリマー電解質はポリ（エチレンオキシド）を含む、請求項１７に記載の医療用電気リード線。
【請求項２８】
電極材料を形成する方法であって、
捕集基板を提供することと、
第１の供給部および第２の供給部を有する供給装置を提供することと、
前記供給装置の第１の供給部へ第１のポリマー材料を導入することと、
前記供給装置の第２の供給部へ第２のポリマー材料を導入することと、
第１のポリマー材料に接触するように電極針を配置することと、
前記供給装置において第１のポリマー材料に局所的な電荷注入を引き起こすように、前記捕集基板と電極針との間に電位差を与えることと、
前記供給装置から前記捕集基板に向けて第１および第２の電極材料を静電気的に放出することと、を含む方法。
【請求項２９】
前記捕集基板上に繊維性マトリクスを形成することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
第２のポリマー材料に接触するように第２の電極針を配置することと、前記供給装置において第２のポリマー材料に局所的な電荷注入を引き起こすように、前記捕集基板と第２の電極針との間に電位差を与えることと、をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
第１のポリマー材料は導電性ポリマーを含み、第２のポリマー材料はポリマー電解質を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
第１のポリマー材料に擬似容量材料を添加することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
第２のポリマー材料に擬似容量材料を添加することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記捕集板は導電性電極基材を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
リード本体の基端から先端まで延びている導体に対し電極材料を動作可能に接続することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
電極材料を形成する方法であって、
１つ以上のポリマー材料を電気紡糸して複数の電気紡糸繊維を形成することと、
捕集基板上に前記電気紡糸繊維を捕集することと、
繊維性マトリクスを形成することと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体植込型の医療装置に関し、より詳細には、身体組織における電気インパルスを感知するためのまたは器官もしくは神経に電気刺激パルスを送達するための植込型電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、「繊維性電極材料（ＦＩＢＲＯＵＳ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ）」と題する２００７年１０月１９日に出願の米国仮出願第６０／９８１，２２１号の利益を主張するものであり、その全体を引用によって本明細書に援用する。
【０００３】
心臓ペーシングリード線はよく知られており、バッテリ作動するペースメーカーその他のパルス発生手段から心臓にパルス刺激信号を運ぶためや、体外から心臓の電気活動を監視するために広く用いられている。正常なリズムに心臓を復帰させるように、電極を介して電気エネルギーが心臓に与えられる。電極性能に影響を与える因子には、電極／組織の界面における分極、電極容量、感知インピーダンス、および電圧閾値が含まれる。それらの用途の全てにおいて、電極／組織界面における電気性能特性を最適化することが非常に所望される。
【０００４】
生医学装置用の電極として現在用いられている表面材料およびバルク材料は、移植された装置の近傍における炎症や、繊維性の瘢痕組織の形成を生じる場合がある。そのような瘢痕組織は、組織と装置との間におけるシグナル伝達を減少させる場合がある。炎症や瘢痕組織における１つの特性として、電極と組織との界面における流体の欠乏の可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の一実施形態によるリード線およびパルス発生器の概略図。
【図２】本発明の一実施形態による図１に示すリード線の部分断面図。
【図３Ａ】本発明の様々な実施形態による電極５０の概略断面図。
【図３Ｂ】本発明の様々な実施形態による電極５０の概略断面図。
【図４】本発明の一実施形態による電極を形成するために用いられる導電性繊維の一端の断面図。
【図５】導電性繊維８０を含む導体３０の断面図。
【図６】本発明の一実施形態による繊維性マトリクスを形成するために用いられる装置の概略図。
【図７】本発明の別の実施形態による繊維性マトリクスを形成するために用いられる装置の概略図。
【図８】本発明の一実施形態による図７に示す供給装置の拡大概略図。
【図９】本発明の一実施形態による繊維性マトリクスを製造する方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一実施形態では、本発明は医療用電気リード線である。この医療用電気リード線は、基端から先端まで延びている導体を有する、リード本体を含む。リード本体の基端は、パルス発生器に対し接続されるように適合している。１つ以上の電極は、導体に対し動作可能に接続されている。本発明の一実施形態では、電極は、導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含む。この電極は、繊維性マトリクス内に分散した擬似容量材料をさらに含むことができる。
【０００７】
別の実施形態では、本発明は電極を形成する方法である。この方法は、捕集基板および供給装置を提供することを含む。供給装置は、第１の供給部および第２の供給部を含む。第１のポリマー材料は第１の供給部へ導入される。第２のポリマー材料は第２の供給部へ導入される。次いで、第１のポリマー材料に接触するように電極針が配置される。第１のポリマー材料に局所的な電荷注入を引き起こすように、捕集基板と電極針との間に電位差が与えられる。随意で、第２のポリマー材料に局所的な電荷注入を引き起こすように、捕集基板と第２の電極針（用いられる場合）との間に電位差が与えられてもよい。第１および第２の電極材料は、供給装置から捕集基板に向けて静電気的に放出される。
【０００８】
さらに別の実施形態では、本発明は電極材料を形成する方法である。この実施形態では、方法は、１つ以上のポリマー材料を電気紡糸して複数の繊維を形成することと、捕集基板上に電気紡糸した繊維を捕集することと、電気紡糸した繊維から繊維性マトリクスを含む電極を形成することと、を含む。
【０００９】
幾つかの実施形態を開示するが、本発明の例示的な実施形態を図示および説明する以下の詳細な説明から、当業者には本発明のさらに他の実施形態も明らかとなる。したがって、図面および詳細な説明は例示的な性質と見なされるものであり、限定として見なされるものではない。
【００１０】
本発明は様々な修飾形態および代替形態に適用可能であるが、特定の実施形態について図面に例として示すとともに、以下に詳細に説明する。しかしながら、その意図は、本発明を記載の特定の実施形態に限定するものではない。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲の内にある全ての修飾形態、均等物、および代替形態を含むものであることが意図される。
【００１１】
以下の詳細な説明では、その一部を成し、本発明を実施することのできる特定の実施形態の例示として示す、添付の図面を参照する。それらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能とするように充分に詳細に記載されており、他の実施形態も利用できることや、本発明の範囲から逸脱することなく構造を変更できることが理解される。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味に捉えられるべきものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される。
【００１２】
図１は、パルス発生器１４に接続された、医療用電気リード線１０の概略図である。リード線１０は、患者の心臓にペーシングエネルギーを送達するため、患者の心臓からの電気信号を感知および受信するため、またはその両方のための１つ以上の電極５０を含む。これに代えて、リード線１０は、神経刺激その他の身体植込型用途に利用されることが可能である。
【００１３】
パルス発生器１４は、患者の胸部その他の所望の場所に外科的に形成されたポケットに移植可能であり、バッテリなどの電源と、キャパシタと、信号の解析、処理、および制御を実行するための電子部品とを含む。例えば、パルス発生器１４は、細動、頻脈、および徐脈を含む不整脈に応じて心臓に心室除細動、電気除細動、およびペーシングを行うための、様々なエネルギーレベルおよびタイミングの電気ショックおよびパルスを決定し送達するための処理および評価を行うマイクロプロセッサを含むことが可能である。
【００１４】
図２は、図１に示したリード線１０の部分断面図である。図２に示すように、リード線１０は、基端側部分２４と先端側部分２８とを有する長尺状の可撓性リード本体２０を含む。本発明の一実施形態では、リード本体２０は、ガイドワイヤまたはスタイレットなど、案内要素を受け入れるためのルーメンを含む。また、リード本体２０は、リード本体２
０の基端３２から先端３６まで延びている１つ以上の導体３０も含む。基端３２は、コネクタ４０を介してパルス発生器１４に対し動作可能に接続されるように構成されている。
【００１５】
導体３０は、リード本体２０上に配置された１つ以上の電極５０に対し動作可能に接続される、１つ以上の導電性ワイヤまたは繊維を含むことが可能である。用いられる電極５０の数に応じて、複数の別個の導体が利用されてよい。
【００１６】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の様々な実施形態による電極５０の概略断面図である。本発明の一実施形態では、図３Ａに示すように、電極５０は、導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含むポリマー材料からなる繊維性マトリクスを含む。図３Ｂに示す本発明の別の実施形態では、電極５０は導電性基部５５およびコーティング６０を含む。基部５５は、白金、ステンレス鋼、ＭＰ３５Ｎ、白金イリジウム合金、または別の同様の導体材料から形成されることが可能である。コーティング６０は、導電性基部５５の少なくとも一部の上に配置されており、導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とから形成される繊維性マトリクスを含む。本発明の一実施形態では、コーティングは、導電性基部５５のほぼ全体の上に配置される。
【００１７】
「導電性ポリマー」は、本明細書では、真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｌｌｙ）導電性ポリマーおよび導体の充填されたポリマーを含む。導電性充填ポリマーの例には、炭素ナノ粒子などの導体材料が混合されたポリウレタン、シリコンエラストマーその他のポリマー材料が含まれる。真性導電性ポリマーは、金属化合物または炭素など非ポリマー性の導電性フィラーまたはコーティングを必要とすることなく、導電性である。真性導電性ポリマーは、電子特性を示す共役基本骨格を形成する、交互の単結合および二重結合を含む。真性導電性ポリマーにおいて、電荷は、共役基本骨格に沿って発生した電荷キャリアを介して、ポリマー分子に沿っておよびポリマー分子間で運ばれる。
【００１８】
真性導電性ポリマーは、その導電性を増強するためにドーパントを含んでもよい。また、ドーパントはポリマーの導電特性の制御を補助することもできる。真性導電性ポリマーの導電性は、ドーピングのレベルに応じて、一般に半導電性から超導電性までの範囲であることが可能である。また、一部の真性導電性ポリマーは、ポリマーに擬似容量特性を与える、極めて可逆的な疑似的な酸化還元挙動を示すこともできる。真性導電性ポリマーには、次に限定されないが、例えば、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニルビニレン）、ポリアニリン、ポリナフタレン（ｐｏｌｙｎａｐｔｈａｌｅｎｅ）、他の適切な導電性ポリマー、およびそれらの混合物が含まれる。
【００１９】
本発明の一実施形態では、導電性ポリマーは真性導電性ポリマーである。本発明の別の実施形態では、導電性ポリマーは導電性充填ポリマーである。
繊維性マトリクスへ導電性ポリマーを含めることによって、その生体適合性を高め、ペーシング閾値を減少させるとともに、感知性能を向上させることができる。これに加えて、導電性ポリマーを含めることによって、生体組織に対して金属性の界面（例えば、金属性の電極）の代わりに有機的な界面を与えることができ、それによってインプラントに対する生物学的反応を良好なものにできる。局所における組織の炎症および治癒反応は、リード線付近の領域における壊死を減少させるように制御および／または変更されることができ、得られる繊維被膜の厚みを減少させることができる。
【００２０】
本明細書では、用語「イオン伝導性ポリマー材料」は、イオンを伝達することの可能な任意のポリマー材料を意味し、ポリマー電解質、多価電解質、アイオノマー、および複合材料、ならびにそれらの組み合わせを含む。
【００２１】
一実施形態では、イオン伝導性ポリマー材料はポリマー電解質である。ポリマー電解質では、ポリマーの所望の機械的特性（例えば、製造の容易さ、低密度、可撓性など）と良好な導電性とが組み合わせられる。ポリマー電解質は、一般に、ポリマーマトリクス中に溶解されたアルカリ塩からなる、イオン伝導性の無溶媒材料である。一実施形態では、ポリマー電解質は、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）マトリクス内に溶解されたリチウム塩を含む。ポリマー電解質材料のイオン伝導性は、ポリマー電解質材料内の電場を受けたときのカチオンおよびその対イオンの移動性による。他の実施形態では、有用なポリマー電解質には、ポリエチレンオキシドと、ポリアミド、ポリイミド、またはポリウレタンとのブロックコポリマーも含まれる。他の実施例には、次に限定されないが、例えば、ポリシロキサン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、およびポリ乳酸（ＰＬＡ）が含まれる。
【００２２】
本発明のさらなる一実施形態では、ポリマー電解質は親水性のポリマー電解質である。繊維性マトリクス内に親水性のポリマー電解質が存在することによって、局所における炎症性組織反応の結果による流体の減少から生じ、インピーダンスの増加や電荷移動特性の歪みをもたらす、電極／組織の界面における異常なイオン拡散が補正される。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、イオン伝導性ポリマー材料は多価電解質である。多価電解質（イオン交換ポリマーを含む）は、本発明の様々な実施形態による繊維性マトリクスを形成する際に有用である。多価電解質は、その繰り返し単位が電解質基を有するポリマーである。それらの基は水溶液中で解離して、ポリマーを帯電させる。多価電解質は、正に帯電（カチオン性）しても、負に帯電（アニオン性）してもよい。一部のポリマー電解質は、カチオン性およびアニオン性の両方の繰り返し単位を含む。多価電解質の例には、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリグルタミン酸、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、およびそれらの混合物が含まれる。
【００２４】
イオン伝導性ポリマー材料が繊維性マトリクス内の導電性ポリマーと共に存在することによって、イオンおよび電子の両方の良好な伝導体であるマトリクスが形成される。これに加えて、繊維性マトリクスにイオン伝導性ポリマー材料を含めることによって、繊維性マトリクスを小さな分子に対して透過性とすることが可能であり、有効な電極表面積が得られ、電極−組織の急峻な界面が除去される。電極表面積を大きくすることと、電極−組織の急峻な界面を除去することとを組み合わせることによって、より効率的な電荷移動プロセスが可能となり、周囲の神経または血管組織に対する電気的な結合が可能となる。
【００２５】
本発明のさらに別の実施形態では、繊維性マトリクスは、親水性のポリマー電解質でドープされた複数の導電性繊維を含んでよい。
本発明の別の代表的な実施形態では、繊維性マトリクスは擬似容量材料を含むことも可能である。擬似容量材料では、酸化／還元（レドックス）反応など、可逆的な誘導電流プロセスが生じることが可能である。擬似容量キャパシタは、多量の電荷を貯蔵することが可能であり、高容量キャパシタ（ｈｉｇｈ−ｃａｐａｓｉｔｏｒ）または超高容量キャパシタとして機能することが可能である。サイクリックボルタンメトリーを用いて材料の静電容量が測定される場合、静電容量は測定された電流に正比例する。ポリアニリン及びポリチオフェンなど一部の導電性ポリマーは、擬似容量キャパシタとしても機能することが可能である。代表的な擬似容量材料には、次に限定されないが、例えば、イリジウム酸化物、ルテニウム酸化物、ロジウム酸化物、オスミウム酸化物、チタン酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、およびそれらの組み合わせなど、遷移金属酸化物が含まれる。繊維性マトリクスの容量特性を強化することの可能な他の材料には、炭素、金属−炭素複合材料、窒化物、酸窒化物、または同様の高静電容量特性を有する他の材料が含まれる。これらの材料のうちの１つ以上を繊維性マトリクスに含めることによって、擬似容量材料の静電容量特性をさらに強化することができる。
【００２６】
擬似容量材料は、マイクロ粒子またはナノ粒子の形態により、繊維性マトリクスの全体を通じて分散されてよい。一部の実施形態では、この擬似容量性粒子の分散において、粒子は一様に分散することが可能である。
【００２７】
繊維性マトリクス中に存在する擬似容量材料の量は、電極電位をペーシング用の安全な電気化学的ウィンドウ内に維持するのに有用である。繊維性マトリクス中に存在する擬似容量材料の量は、電極電位をペーシング用の安全な電気化学的ウィンドウ内に維持するのに充分である。「ペーシング用の安全な電気化学的ウィンドウ」は、可逆反応のみが起こる電位の範囲として定義することが可能である。これは、「電荷注入限界」とも呼ばれる。一般に、ペーシング用の電気化学的ウィンドウの電位の限界は、水が酸素およびプロトンへと分解（アノード限界）し、水素が水酸化物イオンへと分解（カソード限界）する、約２Ｖである。この電位範囲内において、数々の追加の反応も起こり得る。
【００２８】
【表１】
2010540105.tif 000003
【００２９】
電極組織界面での電圧降下の値は、水の分解反応のカソードおよびアノード電位限界内に留まり、電極の高い静電容量を生じる。
本発明の一実施形態では、繊維性マトリクス中に存在する擬似容量材料の量は、電極電位を約２Ｖの電気化学的ウィンドウ内に維持するのに充分である。本発明のさらなる一実施形態では、繊維性マトリクスは、繊維性マトリクスの全重量の約３５重量％以下の量で存在する擬似容量材料を含む。
【００３０】
本発明の代表的な一実施形態では、繊維性マトリクスは、コアおよびシェルを各々含む、複数の繊維を含む。図４は、コア７２およびシェル７４を含む繊維７０の断面図である。コア７２は導電性ポリマーを含み、シェル７４はポリマー電解質を含む。
【００３１】
本発明の別の実施形態では、繊維性マトリクスは、複数のポリマー電解質繊維と相互に混合された、複数の導電性ポリマー繊維を含むことが可能である。本発明のさらに別の実施形態では、繊維性マトリクスは、複数のポリマー電解質繊維を含むシェルに包囲された、複数の導電性ポリマー繊維を有するコアを含む。
【００３２】
本発明のさらなる一実施形態では、擬似容量材料は導電性ポリマー繊維内に分散されることが可能である。さらに別の本発明の実施形態では、擬似容量材料はイオン伝導性ポリマー繊維内に分散されてよい。
【００３３】
本発明の他の実施形態では、リード本体２０の基端３２から先端３６まで延びている導体３０は、１つ以上の導電性ポリマー繊維から形成されることも可能である。図５は、導電性繊維８０を含む導体３０の断面図である。本発明の一実施形態では、図５に示すように、導電性繊維８０は、導電性ポリマーを含むコア８５と、絶縁性ポリマーを含むシェル
９０とを含む。様々な代表的な実施形態では、導電性繊維８０は単一の導電性繊維ストランドを含んでもよく、単一の導電性繊維を形成するように紡がれた複数の導電性繊維ストランドを含んでもよい。
【００３４】
このようにして形成された導体３０は、リード本体１０の基端３２から１つ以上の電極５０まで延びていてもよい。各電極５０にて、繊維性マトリクスおよび電極部位を形成するように、導電性ポリマー繊維８０をポリマー電解質繊維と組み合わせることが可能である。複数の電極５０が用いられる実施形態では、導電性ポリマー繊維から形成された複数の個別の導体が利用されることが可能である。
【００３５】
本発明の一実施形態では、電気紡糸する技術を用いて、上述の本発明の様々な実施形態による繊維性マトリクスおよび／または導体を形成することができる。繊維を形成可能な液体および／または溶液の電気紡糸は知られており、例えば、米国特許第４，０４３，３３１号明細書に記載されている。これを引用によって本明細書に援用する。図６は、電気紡糸用に用いられる代表的な装置１００の概略図である。この装置１００は、金属性の針１０８を有する供給装置１０４（例えば、シリンジ）と、シリンジポンプ（図示せず）と、高圧電源１１２と、接地された捕集基板１１６とを備える。１つ以上のポリマー材料を含有している溶液１２０がシリンジへ充填され、シリンジポンプによってニードルチップ１２４まで送達され、ニードルチップ１２４にて懸濁液滴を形成する。
【００３６】
ある特性電圧にて、液滴はテイラーコーンを形成し、ポリマー材料の精密なジェットが放出される。この精密なジェットは、与えられた電場とこのジェットによって伝えられる電荷との相互作用によって発生した張力に応じて、表面から放出される。このジェットは接地された捕集部に向けられ、繊維の連続的なウェッブとして捕集されることが可能である。
【００３７】
約５０ｎｍ〜約５μｍの直径の繊維が、不織ナノファイバメッシュへと電気紡糸されることが可能である。繊維直径が小さいため、電気紡糸された繊維基材は本質的に非常に大きな表面積と小さな孔寸法とを有する。
【００３８】
電気紡糸を用いて、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、第１６巻、第１７号、２００４年９月３日（その全体を引用によって本明細書に援用する）に記載のように、コア−シェル構成を有する繊維を製造することもできる。コア−シェル構成を有する繊維を製造するために、２つの流体の共軸押出を可能とする紡糸口金が用いられる。この紡糸口金は、２つの流体が紡糸口金へと導入される、同軸の内側チューブおよび外側チューブを備える。この紡糸口金によって、充填されノズルから放出されるとき、２つの流体が別々に保持される。１つ以上の流体（通常、シェルを形成する流体）は、電気紡糸可能な流体である。
【００３９】
本発明の別の実施形態では、繊維性マトリクスを形成するために流量制限場注入静電塗装（ＦＦＥＳＳ；ｆｉｅｌｄ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｓｐｒａｙｉｎｇ）を用いることもできる。ＦＦＥＳＳの装置および方法は、米国特許出願公開第２００７／００４８４５２号明細書（その全体を引用によって本明細書に援用する）に記載されている。ＦＦＥＳＳによって、局所的な場放出または場イオン化によって成功裏な電気紡糸のために必要な充分な電荷の伝達が可能となるので、電気的に絶縁性の材料または誘電率の低い材料を用いて繊維性材料を形成することが可能となる。これに加えて、ＦＦＥＳＳでは、ポリマーナノファイバその他のナノ構造のより精密な堆積や成長の制御も可能となる。擬似容量性ナノ粒子は、繊維性マトリクスを構成する繊維の形成されるポリマー溶液内に分散されることが可能である。ＦＦＥＳＳでは、非常に小さな外径を有するリード本体の製造も可能となる。
【００４０】
図７は、ＦＦＥＳＳ製法における使用に適切な装置１５０の概略図である。従来の電気紡糸技術におけるのとは異なり、供給装置１６２のチップ１５８内に挿入された針１５４の先端に高強度の電場が与えられるので、周囲の溶液１６６へ電荷が注入される。得られる繊維は対極として働く基板１７０上において捕集される。
【００４１】
また、コアシェル構成を有する繊維を製造するためにＦＦＥＳＳを用いることもできる。図８は、本発明の一実施形態によるコアシェル構成を有する繊維を製造するために用いられる図７に示す供給装置１６２の拡大概略図である。図８に示すように、供給装置１６２は、第１の供給部１８０および第２の供給部１８４を備えることが可能である。第１の供給部１８０は第２の供給部１８４内に配置されることができる。針１５４は、電荷注入を必要とするポリマー材料へ挿入される。電気紡糸された繊維を形成するために第１および第２の供給部１８０，１８４における両方のポリマー材料が電荷注入を必要とする場合、２つの針が用いられてもよい。この構成によって、第２のポリマー材料に包囲された第１のポリマー材料を含むコアを有する繊維が可能となる。例えば、図８に示す供給装置１６２は、上述のように、本発明の様々な実施形態による導電性ポリマーを含むコアとポリマー電解質または別のイオン伝導性ポリマー材料を含むシェルとを有する繊維または繊維性マトリクスを形成する際に、有用である。
【００４２】
図９は、本発明の一実施形態によるＦＦＥＳＳを用いて繊維性マトリクスを形成する方法のフローチャート２００である。第１に、電気紡糸プロセス中に形成される繊維を捕集するために、捕集基板が提供される（ブロック２０４）。ポリマー溶液の放出される供給装置も提供される（ブロック２０８）。本発明の一実施形態では、供給装置は第１の供給部および第２の供給部を備える。第１のポリマー材料は、通常、ポンプその他の適切な送達装置を介して、供給装置の第１の供給部へ導入される（ブロック２１２）。同様に、第２のポリマー材料は、供給装置の第２の供給部へ導入される（ブロック２１６）。鋭利にしたタングステン針などの電極針が、第１のポリマー材料と接触するように、第１の供給部内に配置される（ブロック２２０）。第２のポリマー材料の物理的特性に応じて、第２のポリマー材料と接触するように第２の電極針が配置されてもよい（ブロック２２４）。最後に、捕集基板と電極針との間に電位差を与えることによって、第１および／または第２のポリマー材料へ局所的な電荷注入が誘導される（ブロック２２８）。第１および第２の電極材料は供給装置から静電気的に放出され、繊維または繊維性マトリクスの形態で捕集基板上に捕集される（ブロック２３２，２３６）。本発明のさらなる一実施形態では、擬似容量性粒子は第１および／または第２のポリマー材料中に分散されてもよい。
【００４３】
本発明の実施形態において想定される電極材料、電極、およびコーティングには、生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）条件下において生物分解性が低く、電気インピーダンスが低く、長期的な電気的安定性を有し、機械的に軟質（例えば、可撓性）であり、生体模倣設計の（ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ）電極材料、電極、および電極コーティングが含まれる。表面積を大きくすることで、電極と目標組織との間の電荷移動を促進することが可能となる。これに加えて、電極および電極コーティングの柔軟性および可撓性によって、従来の電極に比べ、軟組織と硬質の装置表面との間の界面における機械的な緊張を減少させることができる。
【００４４】
本発明の電極材料、電極、および電極コーティングは、組織への移植に続く時間を通じて電気的に安定な電極および電極コーティングを提供することができる。これに加えて、この電極材料、電極、および電極コーティングは、比較的生物分解性ではなく、さらには生体適合性であり、一般的に用いられる導電性基板材料より低いレベルの免疫反応性しか生じない。本発明の様々な実施形態では、電極または電極コーティングは、様々な生物活性試薬を含むように容易に変更されることができる。例えば、電気化学的な堆積、共有結
合、およびポリマーマトリクスによるトラップなど様々な方法によって、タンパク質を導電性ポリマー材料へ組み込むことが可能である。
【００４５】
この電極材料、電極、および電極コーティングは、次に限定されないが、例えば、心臓ペーシングおよび感知、神経刺激、蝸牛刺激、創傷閉鎖、ペーシングシード、心組織構築、ならびに電極−組織界面における電気化学相互作用の改良が所望される他の用途を含む、種々の用途において用いられることができる。
【００４６】
本発明の範囲から逸脱することなく、記載の代表的な実施形態に対し、様々な修正および追加を施すことが可能である。例えば、上述の実施形態では特定の特徴を参照しているが、本発明の範囲には、異なる特徴の組み合わせを有する実施形態や、記載の特徴の全ては含まない実施形態も含まれる。したがって、本発明の範囲が、特許請求の範囲内にあるそのような代替、修正、および変形全てと、それらの均等物とを含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月29日(2010.3.29)
【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】
医療用の電気リード線であって、
パルス発生器に対し接続される基端から、先端まで延びている導体を含む、リード本体と、
基材および同基材の少なくとも一部の上に配置されたコーティングを含む電極と、を備え、前記コーティングは導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含む、医療用電気リード線。
【請求項２】
前記イオン伝導性ポリマー材料はポリマー電解質を含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項３】
前記コーティングは擬似容量材料をさらに含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項４】
前記擬似容量材料はイリジウム酸化物を含む、請求項３に記載の医療用電気リード線。
【請求項５】
前記繊維性マトリクスは複数の繊維を含み、各繊維は前記導電性ポリマーを含むコアと前記イオン伝導性ポリマー材料を含むシェルとを含む、請求項２に記載の医療用電気リード線。
【請求項６】
前記繊維性マトリクスは、複数のイオン伝導性ポリマー繊維を有するシェルに包囲された、複数の導電性ポリマー繊維を有するコアを含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項７】
前記コーティングは前記導電性ポリマー繊維を含むコア内に分散した擬似容量材料をさらに含む、請求項６に記載の医療用電気リード線。
【請求項８】
前記コーティングは前記イオン伝導性ポリマー繊維を含むシェル内に分散した擬似容量材料をさらに含む、請求項６に記載の医療用電気リード線。
【請求項９】
前記導電性ポリマーはポリピロールを含む、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【請求項１０】
前記導電性ポリマーは、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニルビニレン）、およびそれらの混合物から選択される、請求項１に記載の医療用電気リード線。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
さらに別の実施形態では、本発明は電極材料を形成する方法である。この実施形態では、方法は、１つ以上のポリマー材料を電気紡糸して複数の繊維を形成することと、捕集基板上に電気紡糸した繊維を捕集することと、電気紡糸した繊維から繊維性マトリクスを含む電極を形成することと、を含む。
一実施形態では、本発明は医療用の電気リード線であって、パルス発生器に対し接続される基端から、先端まで延びている導体を含む、リード本体と、前記導体に対し動作可能に接続されている１つ以上の電極と、を備え、前記電極は導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含む、医療用電気リード線、である。前記イオン伝導性ポリマー材料はポリマー電解質を含むことができる。前記電極は前記繊維性マトリクス内に分散した擬似容量材料をさらに含むことができる。前記擬似容量材料はイリジウム酸化物を含むことができる。前記繊維性マトリクスは複数の繊維を含み、各繊維は前記導電性ポリマーを含むコアと前記イオン伝導性ポリマー材料を含むシェルとを含むことができる。前記繊維性マトリクスは複数の導電性ポリマー繊維と複数のイオン伝導性ポリマー繊維とを含むことができる。前記繊維性マトリクスは、複数のイオン伝導性ポリマー繊維を有するシェルに包囲された、複数の導電性ポリマー繊維を有するコアを含むことができる。前記電極は前記導電性ポリマーを含むコア内に分散した擬似容量材料をさらに含むことができる。前記電極は前記イオン伝導性ポリマー材料を含むシェル内に分散した擬似容量材料をさらに含むことができる。前記導電性ポリマーはポリピロールを含むことができる。前記導電性ポリマーは、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニルビニレン）、およびそれらの混合物から選択されることができる。前記イオン伝導性ポリマー材料は親水性ポリマー電解質であることができる。前記ポリマー電解質はポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含むことができる。前記導体は前記リード本体の基端から先端まで延びている１つ以上の導電性繊維を含み、前記導電性繊維は導電性ポリマーを含むコアと絶縁性ポリマーを含むシェルとを含むことができる。前記電極は導電性基材およびコーティングをさらに含み、前記コーティングは導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含み、前記導電性基材の少なくとも一部を覆っていることができる。
一実施形態では、本発明は医療用の電気リード線であって、パルス発生器に対し接続される基端から、先端まで延びている導体を含む、リード本体と、基材および同基材の少なくとも一部の上に配置されたコーティングを含む電極と、を備え、前記コーティングは導電性ポリマーとイオン伝導性ポリマー材料とを含む繊維性マトリクスを含む、医療用電気リード線である。前記イオン伝導性ポリマー材料はポリマー電解質を含むことができる。前記コーティングは擬似容量材料をさらに含むことができる。前記擬似容量材料はイリジウム酸化物を含むことができる。前記繊維性マトリクスは複数の繊維を含み、各繊維は前記導電性ポリマーを含むコアと前記イオン伝導性ポリマー材料を含むシェルとを含むことができる。前記繊維性マトリクスは、複数のイオン伝導性ポリマー繊維を有するシェルに包囲された、複数の導電性ポリマー繊維を有するコアを含むことができる。前記コーティングは前記導電性ポリマー繊維を含むコア内に分散した擬似容量材料をさらに含むことが
できる。前記コーティングは前記イオン伝導性ポリマー繊維を含むシェル内に分散した擬似容量材料をさらに含むことができる。前記導電性ポリマーはポリピロールを含むことができる。前記導電性ポリマーは、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニルビニレン）、およびそれらの混合物から選択されることができる。前記ポリマー電解質は親水性ポリマー電解質であることができる。前記ポリマー電解質はポリ（エチレンオキシド）を含むことができる。
一実施形態では、本発明は電極材料を形成する方法であって、捕集基板を提供することと、第１の供給部および第２の供給部を有する供給装置を提供することと、前記供給装置の第１の供給部へ第１のポリマー材料を導入することと、前記供給装置の第２の供給部へ第２のポリマー材料を導入することと、第１のポリマー材料に接触するように電極針を配置することと、前記供給装置において第１のポリマー材料に局所的な電荷注入を引き起こすように、前記捕集基板と電極針との間に電位差を与えることと、前記供給装置から前記捕集基板に向けて第１および第２の電極材料を静電気的に放出することと、を含む。前記捕集基板上に繊維性マトリクスを形成することをさらに含むことができる。第２のポリマー材料に接触するように第２の電極針を配置することと、前記供給装置において第２のポリマー材料に局所的な電荷注入を引き起こすように、前記捕集基板と第２の電極針との間に電位差を与えることと、をさらに含むことができる。第１のポリマー材料は導電性ポリマーを含み、第２のポリマー材料はポリマー電解質を含むことができる。第１のポリマー材料に擬似容量材料を添加することをさらに含むことができる。第２のポリマー材料に擬似容量材料を添加することをさらに含むことができる。前記捕集板は導電性電極基材を含むことができる。リード本体の基端から先端まで延びている導体に対し電極材料を動作可能に接続することをさらに含むことができる。
一実施形態では、本発明は電極材料を形成する方法であって、１つ以上のポリマー材料を電気紡糸して複数の電気紡糸繊維を形成することと、捕集基板上に前記電気紡糸繊維を捕集することと、繊維性マトリクスを形成することと、を含む。
【国際調査報告】
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