JPH0373312B2 - - Google Patents

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JPH0373312B2
JPH0373312B2 JP59001803A JP180384A JPH0373312B2 JP H0373312 B2 JPH0373312 B2 JP H0373312B2 JP 59001803 A JP59001803 A JP 59001803A JP 180384 A JP180384 A JP 180384A JP H0373312 B2 JPH0373312 B2 JP H0373312B2
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electrode
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porous layer
electrodes
porous
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Fureraa Herumuuto
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    • A61N1/02—Details
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    • A61N1/056—Transvascular endocardial electrode systems
    • A61N1/0565—Electrode heads
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、医学上の目的に使用する電極、特
に移植可能の刺激電極に関する。
医学上の目的に使用する電極はエフエクトール
又はセンソールの形で投入されている。エフエク
トールは刺激作用を行なう電極であり、センソー
ルは測定電極である。エフエクトールの例は心臓
ペースメーカーの刺激電極の外に神経と筋肉を刺
激する電極である。センソールとしてはに電位捕
捉用のマイクロ電極および脳電流又は心臓電流を
測定する電極が挙げられる。
移植可能の刺激電極例えば心臓ペースメーカー
用のものは、多くの場合絶縁ケーブル導体をとり
つけた電極シヤフトと刺激インパルスを伝える電
極頭即ち電極の活性区域から構成される。この種
の電極には主として次の二つの要求が課せられて
いる。
１ 電極材料は肉体に対して両立性であり、結合
組織層の形成は僅かで、その厚さは常に100μm
以下でなければならない。更に刺激しきい値が
常に一定している必要がある。
２ 電極・体液間の相界に高い二重層容量が形成
され、刺激パルス（0.5乃至1mS，１Hz，
10mA，10mm2）印加中の偏極上昇は0.1V以下に
とどまらなければならない。
このような高い二重層容量は刺激電極、一般に
はエフエクトールにおいて印加電流による電位変
化が少なく、体液との電気化学反応がほとんど起
らず、エネルギー消費も僅かであるという有利な
効果を生ずる。僅かな測定電流だけが流れるセン
ソールの場合、電極の高容量は増幅器の入力イン
ピーダンスに対する要求を満たし易くする外に雑
音を減少させる。
上記の要求は、電極頭即ち一般的に言つて能動
区域がガラス炭素から成る電極において高度に満
たされている（特開昭52−118988号公報参照）。
0.1F／cm2（ν＝１Hz）に達する二重層容量はガラ
ス炭素表面の活性化によつて達成される。その際
強力に接着された薄い活性炭素の層が微細多孔質
構造として表面に形成される。
このように活性化されたガラス炭素は、大きな
容量を持つ電極材料であるばかりでなく肉体に対
する両立性が良好であり、それによつて金属材料
例えば刺激電極用の白金とイリジウム、マイクロ
電極用の白金とタングステン、心電計電極用の銀
と塩化銀等の接触する組織に変質を起させるもの
の代用となる。他方ガラス炭素の場合には機械的
な加工（製作時）と接触の形成に関して問題が生
じ得るが、これは金属電極の場合には問題になら
ないものである。
この発明の目的は、従来医学目的の電極におい
て電極材料に関して発生した問題を取り除き、有
効で使用に耐える電極を提供することである。
この目的は、電極を導電性の支持体材料で作
り、その能動区域にチタン、バナジウム、ジルコ
ニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タン
タルおよびタングステン中の少くとも一つの金属
の炭化物、窒化物又は炭窒化物から成る多孔質層
を設けることによつて達成される。この場合能動
区域は少くともその一部がこの多孔質層を備えて
いなければならない。
炭化物、窒化物および炭窒化物を形成する金属
は総て周期表の第乃至第亜族に属し、遷移金
属に数えられているものである。これらの金属の
炭化物MeCと窒化物MeNとしては例えばTiC，
TiN，ZrC，ZrN，TaCおよびTaNが挙げられ
る。これらは主として化学量論的化合物である
が、化学量論的比率から外れたものもある。炭窒
化物もMeCxN1-xという組織のもので、ｘは０と
１の間の値をとる。一例を挙げればTiC0.5N0.5で
ある。総ての場合に混合結晶となることも可能で
あり、この場合Meは異つた金属を表わすことに
なる。この種の化合物は例えば炭化物（Ｗ，Ti）
Ｃである。更に上記の化合物を混合して使用する
ことも可能である。この発明による電極は金属の
炭化物、窒化物又は炭窒化物から成る良電子伝導
性の多孔質層を備えている。その厚さは一般に
1μmから100μmの間にあり、特に5μmと50μμmの
間にあるのが有利である。この場合二重層容量は
10mF／cm2から100mF／cm2の間にある。この高い
容量値とそれに基く低い偏極ならびに人体との両
立性に基く刺激しきい値の安定性により、この発
明による電極は活性化されたガラス炭素電極に匹
敵する。しかしこの発明の電極は導電材料で作ら
れているため電気接触の点ではガラス炭素電極よ
り有利である。
心臓ペースメーカーの場合各刺激インパルスの
長さは0.5乃至1msである。電気容量をできるだ
け利用するためには、この短い時間の間に電流が
充分多孔質層内に侵入しなければならない。これ
を可能にするためには孔内部の電解液の抵抗が充
分低くなければならないが、この発明の電極はこ
の条件を満たしている。これに関係するのは容積
当りの容量ｃ、孔内の電解液の比抵抗ρおよび多
孔質層の厚さｄの自乗である。限界条件は
2πνcρd2＜１で与えられる。
多孔質の炭化物、窒化物又は炭窒化物の層は導
電性の支持体材料上に置かれる。この支持体材料
は血液と組織に対して両立性でなければならな
い。従つてこの発明の電極の支持体材料としては
金属と合金、例えばエルギロイ（Elgiloy）およ
びステンレス鋼（VA鋼）が考えられる。白金と
チタンは好適であるが、他の貴金属も使用され
る。金属をかぶせた合成樹脂を支持体材料として
もよい。この発明による電極は少くともその能動
区域に薄い多孔質を備える。場合によつては電極
の他の区域にもこの種の層を設けることができ
る。
この発明による電極には支持体材料と薄い多孔
質層の間に多孔質層と同じ材料から成る緻密層を
置くと有利である。例えば電極材料としてのチタ
ンの上に緻密な窒化チタン層を置き、更にその上
に多孔質の窒化チタン層を設ける。緻密層を追加
することにより混合電位の発生を阻止することが
できる。その上これによつて支持体材料が人体に
対して両立性でなければならないという条件が満
たされる。緻密層の厚さは２乃至10μmとするの
が有利である。
薄い多孔質層は反応性のイオンめつき即ち物理
的な蒸気相析出によつて基板としての支持体材料
例えばチタンおよび白金上に設ける。そのために
は例えば電子ビーム蒸発装置を使用して炭化物、
窒化物又は炭窒化物を形成する金属の貯槽からこ
の金属を窒素又はメタンを含む不活性ガス例えば
アルゴンの雰囲気内に蒸発させ、対応する金属化
合物即ち炭化物、窒化物又は炭窒化物の薄い層と
して基板表面に析出させる。その際N2又はCH4
の分圧は一般に５×10-3mbarと１×10-1mbarの
間にする。反応性のイオンめつきはマグネトロン
スパツタ源によることも可能である。この場合
N2又はCH4の反応ガス圧は一桁低い値（４×
10-4乃至１×10-2mbar）にする。
支持体材料と多孔質層の間に緻密層がある電極
の製造に当つては、基板に層をかぶせる間N2又
はCH4の分圧を２×10-3mbarと８×10-3mbarの
間の値から５×10-3mbarと10-1mbarの間の値ま
でゆつくり上昇させる。この経過に際して基板表
面にはまず緻密層が形成され、次いで多孔質層が
形成され。緻密層又は多孔質層の形成はN2分圧
又はCH4分圧の外に基板と電子ビーム蒸発装置の
間に生ずるガス放電中のイオン流に関係する。
この発明による電極は特に次の用途に好適であ
る。
(1) 刺激電極として 多孔質層の孔が例えば移植可能の心臓ペース
メーカーの刺激電極に要求されている高い二重
層容量を作る。
(2) マイクロ電極として この電極の最も簡単な形は直径が50μm以下
で尖端を持つ針金である。この種の電極は殆ん
ど完全に薄い多孔質層で覆われているのが有利
である。これによつて電解液に浸したとき電極
尖端に高い二重層容量が形成され、電極シヤフ
トに沿つた多孔質の孔は良好な絶縁接着個所と
なる。
(3) EEGおよびCG電極として これらの電極でも高い容量の達成は重要であ
る。しかし多孔質層が支持体材料に固く結合さ
れ、電極は適当に洗浄した後種々の用途に使用
されることも重要な利点である。
(4) 対向電極として 例えば刺激電極と対向電極が同じ材料で作ら
れていると材料の差に基く電位差の発生がない
ので有利である。
実施例についてのこの発明を更に詳細に説明す
る。
以下の実験においては多孔質層の厚さが約
30μmの電極が使用された。
電気化学特性の決定には窒化チタンをかぶせた
チタン板が使用され、半セル装置において
0.15MNaCl液を電解液として測定が行なわれた。
この電極の電位／H2revは0.89Vに調整された。
ポテンシヨダイナミツク負荷において負荷開始時
には二重層容量が68mF／cm2であり、この値は88
時間の負荷継続中変化しなかつた。実験の結果電
位1.1Vに達するまで侵食が起らず、電極は充分
安定であることが示された。
電極の肉体に対する両立性を調べるため、黒色
の多孔質TiN層を備えるチタン板と黄色の緻密
TiN層を備えるTiN板を猫の大腿筋に移植した
（直径10mmの円盤）。５週間後種々の試料の間に結
合組織の成長に関して差は認られなかつた。その
上に結合組織層の厚さは総ての試料において
60μm以下であつて、ほぼ理想的な組織両立性が
ある。
Ti線を使用して直径２mmの半球形電極頭を作
つた。この半球に多孔質の窒化チタンをかぶせ、
電極シヤフトをエルギロイ線のらせんに接続し
た。移植予定の電極では電極シヤフトは常に適当
な材料例えば合成樹脂で覆われているから、人体
との両立性に関して問題はない。この種の刺激電
極についてインピーダンス測定によつて求めた二
重層容量の値は0.15MNaCl中21.5mF／cm2、ν＝
１Hzであつた。層高度に多孔質であるためこの容
量は周波数10Hzまで許される。
動物実験（猫の大腿筋に刺激電極を移植）では
10.5mF／cm2（ν＝１Hz）の容量値が測定された。
この値は体液が原因でビトロ中測定（NaCl）の
値より約50％低い。重要なのは容量値が42日間の
移植時間中変らなかつたことである。この時間の
間に厚さが30から60μmの間の結合組織層が成長
したが、これは更めて良好な組織に対する両立性
を証明するものである。
この発明による電極では数個所に多孔質層を設
けることができる。これらの区域は多孔質を備え
ない区域と交替して配置する。このような空間的
構成により電流密度を特定の方向に増大させるこ
とができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性の支持体材料から成り、能動区域にチ
    タン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリ
    ブデン、ハフニウム、タンタルおよびタングステ
    ン中の少くとも一つの金属の炭化物、窒化物又は
    炭窒化物の多孔質層が設けられていることを特徴
    とする医学上の目的に使用する電極。 ２ 多孔質層の厚さが1μmから100μmの間である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
    極。 ３ 支持体材料がチタン又は白金であることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
    電極。 ４ 支持体材料と多孔質層の間に多孔質層に対応
    する材料の緻密層が設けられていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項乃至第３項の一つに記
    載の電極。 ５ 緻密層の厚さが2μmから10μmの間であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電
    極。 ６ 複数の区域が多孔質層を備え、これらの区域
    相互が多孔質層のない区域によつて分離されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
    ５項の一つに記載の電極。
JP59001803A 1983-01-11 1984-01-09 医学上の目的に使用する電極 Granted JPS59137066A (ja)

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JPS59137066A JPS59137066A (ja) 1984-08-06
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