Плазменная технология формирования поверхности электродов кардиостимуляторов из рутения
Аннотация
Электрокардиостимулятор (ЭКС) — устройство для электростимуляции миокарда, широко применяемое в практике лечения и реабилитации после перенесенных инфарктов и других заболеваний сердца. Важнейшими условиями работы ЭКС являются стабильность передачи энергии в импульсах от ЭКС в сердце и оптимальное согласование параметров ЭКС и электродов кардиостимуляторов.
Электрическая связь электрода с тканью миокарда — в основном емкостная. Для стимуляции миокарда требуется электрический импульс длительностью 100…300 мкс с энергией 1…5 мкДж, при пороге стимуляции 1 В переходная емкость должна быть 2…10 мкФ. В электролите крови у поверхности электрода при подаче на него электрического потенциала возникает двойной электрический слой (ДЭС). Емкостное электрическое сопротивление ДЭС значительно превышает омическое сопротивление. Слой электрически эквивалентен двум последовательно включенным конденсаторам, и его емкость определяется емкостями внутренней плотной и внешней диффузной частей ДЭС. Для улучшения эффективности ЭКС следует увеличить емкость ДЭС. Для этого используются два способа: увеличение площади поверхности электрода с созданием развитой поверхности электрода и повышение адсорбции поверхности специальными покрытиями.
Современные электроды кардиостимуляторов имеют характерный размер неоднородности развитой поверхности ~ 1 мкм, что больше внутреннего плотного слоя ДЭС толщиной менее 1 нм, поэтому для электродов кардиостимуляторов следует снижать размер элементов структуры поверхности вплоть до 1 нм. Подобные структуры типа «пух» получают при обработке материалов плазмой. В НИУ «МЭИ» создана плазменная установка ПЛМ для получения развитой наноструктуры поверхности на металлах, в том числе типа «пух».
Наиболее перспективны электроды из платиновой группы, иридиевое покрытие электродов имеет наименьшее емкостное сопротивление. К платиновой группе элементов относится и рутений Ru. Впервые авторами предложено использовать для покрытия электродов рутений, который является химическим аналогом иридия, но имеет ряд технологических преимуществ. Рутений единственный из элементов естественно присутствует в организме человека. Кроме того, он значительно дешевле иридия.
В установке ПЛМ в плазменном разряде на электроде формируется наноструктурированное покрытие из рутения путем распыления Ru мишенью. Предложена проверка нескольких подходов, включая создание структуры типа «пух» на поверхности титана. Впоследствии на данную структуру можно либо напылять рутений; либо формировать структуру типа «пух» уже на слое напыленного рутения.
Подобные эксперименты позволяют разработать новую технологию изготовления электродов электрокардиостимуляторов с улучшенными характеристиками.
Литература
2. Двойной электрический слой. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1960.
3. Обрезков О.И. и др. Исследование электрохимических свойств тонкопленочных материалов для покрытий электродов кардиостимуляторов // Медицинская техника. 2018. T. 311. № 5. C. 1—4.
4. Иконникова К.В., Иконникова Л.Ф., Минакова Т.С., Саркисов Ю.С. Теория и практика РН-метрического определения кислотно-основных свойств поверхности твердых тел. Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2011.
5. Cardiac Pacing for the Clinician. Springer Sci. and Business Media LLC, 2008.
6. Раевская М.В., Соколовская Е.М. Физикохимия рутения и его сплавов. М.: Изд-во МГУ, 1979.
7. Seddon E.А., Seddon K.R. The Chemistry of Ruthenium. Amsterdam: Elsevier Sci., 1984.
8. Budaev V.P. Stochastic Clustering of Material Surface Under High-heat Plasma Load // Phys. Lett. A. 2017. V. 381. No. 43. Pp. 3706—3713.
9. Будаев В.П. Результаты испытаний вольфрамовых мишеней дивертора при мощных плазменно-тепловых нагрузках, ожидаемых в ИТЭР и токамаках реакторного масштаба (обзор) // Вопросы атомной науки и техники. Cерия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. № 4. С. 5—33.
10. Мартыненко Ю.В., Нагель М.Ю. Модель образования «пуха» на поверхности вольфрама // Физика плазмы. 2012. T. 38. № 12. C. 1082—1086.
11. Будаев В.П. и др. Плазменная установка НИУ «МЭИ» для испытаний тугоплавких металлов и создания высокопористых материалов нового поколения // Вопросы атомной науки и техники. Cерия «Термоядерный синтез». 2017. Т. 40. № 3. C. 23—36.
12. Budaev V.P. e. a. Plasma Device for Material Surface Treatment by High-heat Plasma // J. Physics. Conf. Series. 2018. V. 1115. Pp. 032023—032026.
13. Kajita S., Sakaguchi W., Ohno N., Yoshida N., Saeki T. Formation Process of Tungsten Nanostructure by the Exposure to Helium Plasma Under Fusion Relevant Plasma Conditions // Nucl. Fusion. 2009. V. 49. No. 9. P. 095005.
14. Kajita S., Kawaguchi S., Ohno N., Yoshida N. Enhanced Growth of Large-scale Nanostructures with Metallic Ion Precipitation in Helium Plasmas // Sci. Rep. 2018. V. 8(1). P. 56.
15. Kajita S., Kawaguchi S., Ohno N., Yoshida N. Morphologies of CO-depositing We Layer Formed During the Plasma Irradiation // Nucl. Fusion. 2018. V. 58. P. 106002.
---
Для цитирования: Мартыненко Ю.В., Будаев В.П. Плазменная технология формирования поверхности электродов кардиостимуляторов из рутения // Вестник МЭИ. 2019. № 6. С. 64—70. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-64-70.
#
1. Shal'dakh M. Elektrokardioterapiya. SPb.: Izd-vo Severo-Zapad, 1992. (in Russian).
2. Dvoynoy Elektricheskiy Sloy. Fizicheskiy Entsiklopedicheskiy Slovar'. M.: Sovetskaya Entsiklopediya, 1960. (in Russian).
3. Obrezkov O.I. i dr. Issledovanie Elektrokhimicheskikh Svoystv Tonkoplenochnykh Materialov dlya Pokrytiy Elektrodov Kardiostimulyatorov. Meditsinskaya Tekhnika. 2018;311;5:1—4. (in Russian).
4. Ikonnikova K.V., Ikonnikova L.F., Minakova T.S., Sarkisov Yu.S. Teoriya i Praktika РН-metricheskogo Opredeleniya Kislotno-osnovnykh Svoystv Poverkhnosti Tverdykh Tel. Tomsk: Izd-vo Tomskogo Politekhn. Un-ta, 2011. (in Russian).
5. Cardiac Pacing for the Clinician. Springer Sci. and Business Media LLC, 2008.
6. Raevskaya M.V., Sokolovskaya E.M. Fizikokhimiya Ruteniya i Ego Splavov. M.: Izd-vo MGU, 1979. (in Russian).
7. Seddon E.A., Seddon K.R. The Chemistry of Ruthenium. Amsterdam: Elsevier Sci., 1984.
8. Budaev V.P. Stochastic Clustering of Material Surface Under High-heat Plasma Load. Phys. Lett. A. 2017; 381;43:3706—3713.
9. Budaev V.P. Rezul'taty Ispytaniy Vol'framovykh Misheney Divertora pri Moshchnykh Plazmenno-teplovykh Nagruzkakh, Ozhidaemykh v ITER i Tokamakakh Reaktornogo Masshtaba (Obzor). Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Ceriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;4: 5—33. (in Russian).
10. Martynenko Yu.V., Nagel' M.Yu. Model' Obrazovaniya «Pukha» na Poverkhnosti Vol'frama. Fizika Plazmy. 2012;38;12:1082—1086. (in Russian).
11. Budaev V.P. i dr. Plazmennaya Ustanovka NIU «MEI» dlya Ispytaniy Tugoplavkikh Metallov i Sozdaniya Vysokoporistykh Materialov Novogo Pokoleniya. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Ceriya «Termoyadernyy Sintez». 2017;40;3:23—36. (in Russian).
12. Budaev V.P. e. a. Plasma Device for Material Surface Treatment by High-heat Plasma. J. Physics. Conf. Series. 2018;1115:032023—032026.
13. Kajita S., Sakaguchi W., Ohno N., Yoshida N., Saeki T. Formation Process of Tungsten Nanostructure by the Exposure to Helium Plasma Under Fusion Relevant Plasma Conditions. Nucl. Fusion. 2009;49;9:095005.
14. Kajita S., Kawaguchi S., Ohno N., Yoshida N. Enhanced Growth of Large-scale Nanostructures with Metallic Ion Precipitation in Helium Plasmas. Sci. Rep. 2018;8(1):56.
15. Kajita S., Kawaguchi S., Ohno N., Yoshida N. Morphologies of CO-depositing We Layer Formed During the Plasma Irradiation. Nucl. Fusion. 2018;58:106002.
---
For citation: Martynenko Yu.V., Budaev V.P. The Plasma Technology for Shaping the Electric Pacemaker Electrode Surfaces Coated with Ruthenium. Bulletin of MPEI. 2019;6:64—70. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-64-70.
