(57)【要約】【課題】本発明は、脳ペースメーカー及びそれに利用した電極に関し、特にカーボンナノチューブを利用した脳ペースメーカー及びそれに利用した電極に関するものである。【解決手段】本発明の脳ペースメーカーに利用した電極は、少なくとも一本の電極線を備える。単一の前記電極線は、本体及び絶縁層を含み、前記絶縁層は前記本体の外表面に被覆され、前記本体の一つ端部が前記絶縁層から露出し、前記本体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを含む。本発明は、脳ペースメーカーも提供している。【選択図】図２
2012050802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一本の電極線を備える脳ペースメーカーに利用した電極において、
単一の前記電極線は、本体及び絶縁層を含み、
前記絶縁層は前記本体の外表面に被覆され、前記本体の一つ端部が前記絶縁層から露出し、
前記本体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを含むことを特徴とする脳ペースメーカーに利用した電極。
【請求項２】
単一の前記カーボンナノチューブワイヤにおける複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の脳ペースメーカーに利用した電極。
【請求項３】
パルス発生器と、電極と、延長用電極と、を備える脳ペースメーカーにおいて、
前記パルス発生器と、電極と、延長用電極とは、直列され、
前記電極は、少なくとも一本の電極線を備え、
単一の前記電極線は、本体及び絶縁層を含み、
前記絶縁層は前記本体の外表面に被覆され、前記本体の一つ端部が前記絶縁層から露出し、
前記本体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを含むことを特徴とする脳ペースメーカー。
【請求項４】
パルス発生器と、電極と、延長用電極と、を備える脳ペースメーカーにおいて、
前記パルス発生器と、電極と、延長用電極とは、直列され、
前記延長用電極は、芯部及び絶縁部を備え、前記絶縁部は、前記芯部の外表面に被覆され、
前記電極は、少なくとも一本の電極線を備え、
単一の前記電極線は、本体及び絶縁層を含み、
前記絶縁層は前記本体の外表面に被覆され、前記本体の一つ端部が前記絶縁層から露出し、
前記本体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを含むことを特徴とする脳ペースメーカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳ペースメーカー及びそれに利用した電極に関し、特にカーボンナノチューブを利用した脳ペースメーカー及びそれに利用した電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パーキンソン病（Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ’ｓ  ｄｉｓｅａｓｅ）は、脳内のドーパミン不足とアセチルコリンの相対的増加とを病態とし、錐体外路系徴候を示す疾患である。本症はパーキンソン症候群を示す病気の一つである。パーキンソン病の症状には大別して運動症状と非運動症状がある。運動症状は主に振戦、無動、固縮が特に３主徴として知られている。非運動症状のなかには、精神症状、自律神経症状などが含まれる。
【０００３】
現在、パーキンソン病では、脳深部に電極を埋め込んで電気的刺激を与えるという脳深部刺激療法（ＤＢＳ）が行われている。脳ペースメーカーには振戦症状（不随意の筋収縮によるふるえ）の軽減やそれに伴う薬剤使用量の低減といった効果があり、それにより患者の活動範囲が大きく広がるというメリットがある。
【０００４】
図１を参照すると、従来の脳ペースメーカー１は、パルス発生器（刺激発生器）１０と、電極（リード）１１と、延長用電極（エクステンション）１２と、を備えている。前記パルス発生器１０は、電気回路と電池が内蔵された、治療用の電気刺激を発生する装置である。前記パルス発生器１０は前記延長用電極１２とつなげられている。前記パルス発生器１０は通常、胸部の鎖骨下付近の皮下に植込まれる（患者によっては腹部に装置を植込むこともある）。「脳のペースメーカー」と呼ばれることもあるこの装置は、刺激に必要な電気信号を作り出す。前記電極１１は脳内に挿入され、脳を電気刺激する。前記延長用電極１２は、前記電極１１とパルス発生器１０をつなげるもので、パルス発生器１０でつくった電気刺激を前記電極１１へ伝える役目をする。これらの電気信号が、前記延長用電極１２と前記電極１１を通って脳深部に刺激を与える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記電極１１は白金からなるので、コストが高い。また、白金からなる電極１１の弾力性が弱いので、患者が運動する際に、前記電極１１が患者に傷害を与える恐れがある。白金からなる電極１１は細くなると、その抵抗が大きくなり、パルス信号が弱くなるので、治療効果が低下する。従来の技術により製造された白金線の直径は大きい（例えば、１０μｍ以上）ので、患者の体に植込まれる電極の数量が少なく、患者の治療領域に制限がある。白金は酸化しやすいものであるので、白金からなる電極１１は、患者の体液でエッチングされる可能性があり、電極の接触が不良となり、脳ペースメーカーの使用時間が短くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために、低コスト及び長い使用時間を有する脳ペースメーカー及びそれに利用した電極を提供する。
【０００８】
本発明の脳ペースメーカーに利用した電極は、少なくとも一本の電極線を備える。単一の前記電極線は、本体及び絶縁層を含み、前記絶縁層は前記本体の外表面に被覆され、前記本体の一つ端部が前記絶縁層から露出し、前記本体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを含む。
【０００９】
単一の前記カーボンナノチューブワイヤにおける複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続されている。
【００１０】
本発明の脳ペースメーカーは、パルス発生器と、電極と、延長用電極と、を備える。前記パルス発生器と、電極と、延長用電極と、は、直列されている。前記電極は、少なくとも一本の電極線を備える。単一の前記電極線は、本体及び絶縁層を含み、前記絶縁層は前記本体の外表面に被覆され、前記本体の一つ端部が前記絶縁層から露出し、前記本体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを含む。
【００１１】
本発明の脳ペースメーカーは、パルス発生器と、電極と、延長用電極と、を備える。前記パルス発生器と、電極と、延長用電極とは、直列されている。前記延長用電極は、芯部及び絶縁部を備える。前記絶縁部は、前記芯部の外表面に被覆されている。前記電極は、少なくとも一本の電極線を備える。単一の前記電極線は、本体及び絶縁層を含み、前記絶縁層は前記本体の外表面に被覆され、前記本体の一つ端部が前記絶縁層から露出し、前記本体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを含む。
【発明の効果】
【００１２】
従来の技術と比べて、本発明の脳ペースメーカー及びそれに利用した電極は次の優れた点がある。第一に、本発明の脳ペースメーカー及びそれに利用した電極のコストが低い。第二に、カーボンナノチューブからなる電極の弾力性が良いので、患者に傷害を与える問題がない。第三に、カーボンナノチューブの導電性が優れるので、カーボンナノチューブからなる電極の導電性も優れている。第四に、カーボンナノチューブの直径が非常に小さい（１０μｍ以下）ので、それを利用した電極が細く製造される。従って、複数の電極を患者の体に設置して、異なる領域を刺激することができる。第五に、カーボンナノチューブは簡単に酸化できないものであるので、電極の使用時間が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の脳ペースメーカーの模式図である。
【図２】本発明の実施例における脳ペースメーカーの模式図である。
【図３】本発明の実施例における脳ペースメーカーに利用した電極の模式図である。
【図４】本発明の実施例における脳ペースメーカーに利用した電極線の断面図である。
【図５】本発明の非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】数本の本発明のカーボンナノチューブワイヤが並列することを示す図である。
【図８】数本の本発明のカーボンナノチューブワイヤが並列してねじれることを示す図である。
【図９】本発明の実施例に脳ペースメーカーの接続状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図２を参照すると、本実施例の脳ペースメーカー２は、パルス発生器２０と、電極２１と、延長用電極２２と、を備えている。前記パルス発生器２０は前記延長用電極２２と接続されている。前記延長用電極２２は、前記電極２１とパルス発生器２０をつなげる。前記パルス発生器２０のパルス信号は、前記延長用電極２２と前記電極２１を通って患者の脳に刺激を与える。
【００１６】
前記パルス発生器２０は、ホウジング（図示せず）と、電源（図示せず）と、パルス発生回路（図示せず）と、制御回路（図示せず）と、ポート（図示せず）と、を備えている。前記ホウジングは、チタンからなる。前記電源は、前記パルス発生器２０に動力を提供する。前記パルス発生回路はパルスを発生するが、前記制御回路は前記パルス発生器２０から異なるパルス信号を発生させるために設置されている。前記ポートは、前記延長用電極２２に電気的に接続されている。
【００１７】
図３及び図４を参照すると、前記電極２１は、電極線２１１と、コネクタ２１２と、固定素子２１３と、を備えている。前記コネクタ２１２及び固定素子２１３は、別々に前記電極線２１１の対向する両端の外側に取り付けられている。
【００１８】
前記固定素子２１３は、固定リング２１３ａ及び複数の固定翼２１３ｂを有し、ポリウレタン高純度のシリコンゴムのような生体適合性材料からなる。前記固定リング２１３ａは、円筒状である。前記固定翼２１３ｂは、前記固定リング２１３ａの外表面から、前記固定リング２１３ａの中心軸から離れる方向に沿って延伸して成る棒状構造体である。前記固定翼２１３ｂの軸方向が、前記固定リング２１３ａの中心軸と成す角度は、３０°〜６０°である。即ち、前記固定翼２１３ｂは、前記電極線２１１の前記固定素子２１３が接触する領域から離れる方向へ延伸し、釣り針の形状に形成されている。前記固定素子２１３を患者の体に植込んでいる場合、前記固定翼２１３ｂは、人体の繊維構成部で包まれるので、前記電極２１は強く固定されることができる。
【００１９】
単一の前記電極線２１１は、本体２１１１及び絶縁層２１１２からなる。前記絶縁層２１１２は前記本体２１１１の外表面に被覆されている。前記本体２１１１は、一つの露出端２１１３を有する。該露出端２１１３は、前記本体２１１１の前記絶縁層２１１２から露出した部分である。前記露出端２１１３の長さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍであり、前記パルス発生器２０の刺激部として、患者の細胞に接触する。前記パルス発生器２０からのパルス信号は、前記露出端２１１３により患者の細胞に到達する。前記固定素子２１３は、前記電極線２１１の露出端２１１３に近く設置されている。前記固定素子２１３と前記電極線２１１の露出端２１１３との間の距離は、３ｍｍ〜５ｍｍである。前記絶縁層２１１２は、ポリウレタン高純度のシリコンゴムのような生体適合性材料からなり、その厚さが１μｍ〜５０μｍである
【００２０】
前記電極線２１１の本体２１１１は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤ２１１１ａの直径は１μｍ〜２００μｍである。前記本体２１１１の直径は、１μｍ〜２ｍｍであり、好ましく１μｍ〜１０μｍである。図５及び６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤ２１１１ａには、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ及びねじれ状カーボンナノチューブワイヤの二種がある。図５を参照すると、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本の前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。図６を参照すると、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。
【００２１】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。
【００２２】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直に生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２３】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２４】
本実施例から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
【００２５】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００２６】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメントは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメントにおいて、前記複数のカーボンナノチューブの長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルムの強靭性及び機械強度を高めることができる。
【００２７】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００２８】
図７及び８を参照すると、前記本体２１１１は、複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａを平行に並列させて、又は前記複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａをねじって、束状構造体に形成する。図７は、複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａが平行して並列して前記本体２１１１を形成する状態を示す図である。図８は、複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａがねじれて前記本体２１１１を形成する状態を示す図である。
【００２９】
図８に示された本体２１１１は次の二種方法によって形成する。第一種方法には、複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａを一つの支持軸（図示せず）の軸方向に沿って零距離でねじった後、前記支持軸を取り出す。第二種方法には、複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａの端部を固定させて、前記カーボンナノチューブワイヤ２１１１ａの他の端部を回転させる。
【００３０】
前記電極線２１１の本体２１１１は、複数のカーボンナノチューブワイヤ２１１１ａを含むので、その靭性が優れている。カーボンナノチューブは弾力性があるので、所定の強度を加えても前記電極線２１１は一定の弾力性を有する。
【００３１】
図９を参照すると、前記延長用電極２２は、芯部２２１及び絶縁部２２２を備えている。前記絶縁部２２２は、前記芯部２２１の外表面に被覆されている。前記延長用電極２２の絶縁部２２２の材料及び厚さは、前記電極線２１１の絶縁層２１１２と同じである。前記延長用電極２２の芯部２２１は、白金又は白金イリジウム合金からなる金属線である。さらに、前記延長用電極２２は、対向する二つの端部２２３を有する。該二つの端部２２３は、その裏側にねじ山が形成された中空の円筒構造体である。その一つの端部は、前記パルス発生器２０に電気的に接続され、もう一つの端部は、前記電極２１のコネクタ２１２に接続されている。即ち、前記パルス発生器２０と、前記延長用電極２２と、前記電極２１とは、順に電気的に接続されている。該二つの端部２２３のねじ山及びネジピッチは、前記電極２１のコネクタ２１２と合わせられている。前記延長用電極２２は、白金又は白金イリジウム合金からなる。前記延長用電極２２は、前記端部２２３によって複数の前記電極２１に接続されている。複数の前記電極２１は、そのコネクタ２１２により、患者の体内（頭蓋骨又は心臓近くの筋肉）に固定されている。
【００３２】
実際の生産工程において、前記延長用電極２２及び前記パルス発生器２０は、一体製造して一体成形の構造体に形成する。該一体成形の構造体の直径は１０μｍ以下である。
【００３３】
本発明の脳ペースメーカー２を利用する場合、前記パルス発生器２０の刺激部（露出端２１１３）を患者の治療部位の細胞Ｃに接触させて、前記パルス発生器２０をスタートすると、前記パルス発生器２０からのパルス信号は、前記延長用電極２２により前記電極２１に転送されてから、前記電極２１により患者の治療部位の細胞Ｃに送達される。実際の状況により、複数の電極２１を利用することができる。該複数の電極２１は、それぞれ異なる深さ又は治療領域に設置することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  脳ペースメーカー
１０  パルス発生器
１１  電極
１２  延長用電極
２  脳ペースメーカー
２０  パルス発生器
２１  電極
２１１  電極線
２１１１  本体
２１１１ａ  カーボンナノチューブワイヤ
２１１２  絶縁層
２１１３  露出端
２１２  コネクタ
２１３  固定素子
２１３ａ  固定リング
２１３ｂ  固定翼
２２  延長用電極
２２１  芯部
２２２  絶縁部
２２３  端部
【図１】
2012050802.tif 000003
【図２】
2012050802.tif 000004
【図３】
2012050802.tif 000005
【図４】
2012050802.tif 000006
【図７】
2012050802.tif 000007
【図８】
2012050802.tif 000008
【図９】
2012050802.tif 000009
【図５】
2012050802.tif 000010
【図６】
2012050802.tif 000011