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KR102708262B1 - 조종가능한 루멘 내 의료 기기 - Google Patents

조종가능한 루멘 내 의료 기기 Download PDF

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KR102708262B1
KR102708262B1 KR1020227043744A KR20227043744A KR102708262B1 KR 102708262 B1 KR102708262 B1 KR 102708262B1 KR 1020227043744 A KR1020227043744 A KR 1020227043744A KR 20227043744 A KR20227043744 A KR 20227043744A KR 102708262 B1 KR102708262 B1 KR 102708262B1
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KR
South Korea
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medical device
polymer electrolyte
electrolyte layer
electrodes
carbon
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KR1020227043744A
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KR20230008220A (ko
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다니엘 에이치 김
동석 신
빌자르 팔름레
Original Assignee
보드 오브 리전츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
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Publication date
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Abstract

본 개시는 신체의 루멘들을 통하여 제어가능하게 이동되고 조종되는 가요성, 좁은 의료 기기 (예로, 마이크로-카테테르 또는 가이드와이어) 를 제공한다. 의료 기기는, 폴리머 전해질 층에 의해 제공될 수 있는, 원위 말단에서의 전기적으로 작동가능한 굽힘가능 부분, 폴리머 전해질 층 둘레에 분배된 전극들, 및 전극들에 결합된 전기 도관들을 포함할 수도 있어서, 폴리머 전해질 층은 하나 이상의 도관들을 통한 전기 신호에 응답하여 비대칭적으로 변형한다. 본 개시는 신체의 루멘들 내외로 기기를 이동시키고 기기를 조종하기 위한 전기 신호를 적용하기 위한 제어기를 추가로 포함한다. 기기는 폴리머 전해질 층을 관형 형상으로 제조하는 방법들을 추가로 포함한다.

Description

조종가능한 루멘 내 의료 기기 {The manipulatable intraruminal medical device}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 전부 참조로 본원에 완전히 원용되는 2016 년 2 월 7 일에 출원된 미국 가출원 제 62/292,064 호에 종속되고 이를 우선권 주장한다.
연방정부 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
해당 없음.
본 발명은 조종가능한 루멘 내 의료 기기, 보다 특히, 신체의 루멘들로 도입되고 제어가능하게 이동되는 가요성의, 좁은 의료 기기 (예로, 마이크로-카테테르 또는 가이드와이어) 에 관한 것이다. 의료 기기는 신체 내 목표 해부학적 로케이션으로 의료 기기를 조종하기 위해 선택적으로 조작될 수 있는 원위, 리딩 말단에 전기적으로 작동가능한 굽힘가능 부분을 포함할 수도 있다.
루멘 내 의료 기기들은 신체 내 로케이션 및 기기들을 사용하는 처리 방법들에 따라 다양한 구조들을 갖는다. 루멘 내 기기들은 일반적으로, 동맥 또는 정맥과 같은 루멘, 또는 인후, 요도, 신체의 오리피스 또는 일부 다른 해부학적 관과 같은 신체의 통로로 삽입되어 가이드될 수 있는 매우 가는, 가요성 튜브를 포함한다. 이러한 의료 기기들의 예로는 주사기들, 내시경들, 카테테르들 및 마이크로-카테테르들, 가이드 와이어들 및 다른 외과 기구들을 포함한다.
일부 의료 기기들은, 외력의 인가에 의해 쉽게 구부러지는 가요성 재료를 일반적으로 포함하는 신체로 도입되기 위한 부분을 갖는다. 일부 의료 기기들에서, (보통 먼저 삽입된) 원위, 리딩 말단은 사용자에 의한 조종 메커니즘의 조작을 통하여 원하는 방향으로 선택적으로 구부러질 수도 있다. 의료 기기는 목표 루멘 또는 신체의 통로로 삽입되고 신체에서 원하는 로케이션에 의료 기기의 원위 말단을 배치하도록 이동될 수 있다.
최소 침습 수술 기술들에 대한 수요의 증가에 응답하여 신체에서 루멘 또는 통로 안으로 그리고/또는 통하여 의료기기를 삽입하고 그리고/또는 가이드하기 위한 수술 기술들이 제안되었다. 많은 수술 기술들은 불량한 방향 제어 또는 크고 무거운 조작 구성요소들을 제공한다.
조종가능한 루멘 내 의료 기기의 실시형태들은 의료 기기의 작동부 (예컨대, 마이크로-카테테르 또는 가이드와이어) 의 개선된 조종 제어 및 신체 내 위치결정을 제공하고 상기 작동부는 신체 내 원하는 해부학적 로케이션에서 의료 기기의 작동부의 원위 말단을 배치하도록 루멘 및/또는 신체의 통로 안으로 그리고 통하여 이동시키도록 연장되면서 신체의 루멘 또는 신체의 통로 안으로 도입되고 조작되도록 되어 있다. 의료 기기의 실시형태들은 신체 내 원하는 로케이션에서 수술 절차 또는 다른 의료적 수술을 수행하기 위한 의료 기기의 작동부의 원위, 리딩 말단에 배치된 하나 이상 조작가능한 마이크로 수술 구성요소들의 이동 및 위치결정의 보다 정확한 제어를 제공한다.
루멘 또는 신체의 통로 안으로 그리고/또는 통하여 이동되기 위한 작동부 (예컨대, 마이크로-카테테르 또는 가이드와이어) 를 가지는 의료 기기의 일 실시형태는 원위 말단 및 근위 말단을 가지는 가는, 세장형의 가요성 부분, 세장형의 가요성 부분의 원위 말단에 인접하여 배치된 폴리머 전해질 층을 포함하는 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 포함한다. 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터는, 이하 더 상세히 검토되는 바와 같이, 부여된 전기장에 응답하여 양이온이 자유롭게 이동하는 폴리머 전해질 층을 포함하는 액추에이터이다. 전기장은 폴리머 전해질 층에 배치되는 복수의 각도상 분배된 전극들의 통전을 통하여 제공된다. 복수의 각도상 분배된 전극들은 폴리머 전해질 층의 외벽의 적어도 일부분 내에 매립되고, 그 위에 성막되고 그것에 대해 고정된 것이다. 각각의 복수의 전극들은, 외부 부재로 포위되고 전류원에 결합된 근위 말단 및 전극에 결합된 원위 말단을 가지는, 예를 들어, 금속 와이어와 같은 하나 이상의 도전성 도관을 통하여 전류원에 연결될 수도 있다. 복수의 전극들 중 하나 이상의 선택적 전기 통전은, 폴리머 전해질 층의 일측 또는 일부분을 따라 수축 및/또는 폴리머 전해질 층의 일측 또는 일부분을 따라 팽윤의 결과로서 폴리머 전해질 층이 변형되도록 한다. 폴리머 전해질 층 내 양이온은, 폴리머 전해질 층의 매트릭스 내에 유지되면서, 통전된 애노딕 전극을 향하여, 그리고 통전된 캐소딕 전극으로부터 멀어지게 이동할 것이라는 점을 이해할 것이다. 이것은 통전된 애노딕 전극에 인접한 부분이 팽윤되도록 하고 통전된 캐소딕 전극에 인접한 부분이 수축되도록 유발하여서, 폴리머 전해질 층이 구부러지도록 한다. 도전성 도관들을 통하여 전극들에 전달된 전기 신호들의 조정 제어는 의도된 방향으로 굽힘을 발생시킬 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시형태들에서, 복수의 전극들은 각각의 복수의 전극들에서 전기 신호 변화를 감지하도록 센싱 부재에 추가로 전기적으로 연결될 수도 있다. 그러므로, 센싱 부재는 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터가 변형되었는지 아닌지 검출할 수도 있다.
의료 기기의 일 실시형태에서, 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터는 폴리머 전해질 층의 외벽 둘레에 등각도로 분배된 복수의 각도상 분배된 전극들을 포함할 수도 있다. 의료 기기의 일 실시형태에서, 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터는 의료 기기의 작동부 (예컨대, 마이크로-카테테르 또는 가이드와이어) 의 원위 말단에서 굽힘가능 부분에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 의료 기기의 굽힘가능 부분은, 일 실시형태에서, 약 120 도 (2.094 라디안) 만큼, 중심선들에서, 서로 분리되는 3 개의 각도상 분배된 전극들을 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 제한 없이, 의료 기기의 굽힘가능 부분은 약 45 도 (0.785 라디안) 만큼, 중심선들에서, 분리되는 8 개의 각도상 분배된 전극들을 포함할 수도 있다. 각각의 복수의 전극들은 폴리머 전해질 층의 외벽 둘레에 원주방향 스팬을 차지하고, "각도상 분리" 는 따라서 인접한 전극의 인접한 에지에 훨씬 더 가까운 전극들의 인접한 에지들 대신에 전극들의 중심선들 관점에서 기술될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 의료 기기의 일부 실시형태들에서, 전극들은 인접한 전극들 중간에 실질적 간극을 제공하는 방식으로 이격되어 있다.
의료 기기의 다른 실시형태의 작동부의 원위 말단에서의 굽힘가능 부분에서, 폴리머 전해질 층의 외벽 둘레에 원주 방향으로 분배된 복수의 전극들은, 세장형의 가요성 부분의 인접한 내부 부재의 적어도 일부분과 함께, 복수의 전극들의 적어도 일부분 및 전극들에 의해 포위된 폴리머 전해질 층의 적어도 일부분이 함께 배치되는 보어를 가지는 외부 부재, 코팅, 시스 또는 다른 배리어에 의해 포위되는 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터가 제공된다. 외부 부재, 또는 외부 부재의 외벽은, 의료 기기의 세장형의 가요성 부분과, 의료 기기의 작동부가 도입되고 의료 기기의 세장형의 가요성 부분이 신체 내 목표 로케이션에 의료 기기의 작동부의 원위 말단을 위치결정하도록 연장되는 루멘 또는 신체의 통로의 내벽 사이에 원활한 슬라이딩 맞물림을 촉진하는 저마찰, 친수성 및/또는 매끄러운 재료를 포함할 수도 있다. 외부 부재는, 이에 제한되지 않지만, 나일론, 폴리우레탄 및/또는 예를 들어 PEBAX® 과 같은 열가소성 엘라스토머, 프랑스, 콜롱브 소재의 Arkema France Corporation 으로부터 입수가능한 폴리에테르 블록 아미드 재료를 포함한 하나 이상의 재료들을 포함할 수도 있다.
의료 기기의 일 실시형태에서, 폴리머 전해질 층의 굽힘에 영향을 미치도록 전기원으로부터 복수의 전극들 중 하나 이상으로 전기 신호들을 전도하는 복수의 도전성 도관들은 우수한 화학적 안정성 및 내식성을 위해 귀금속을 포함한다. 예를 들어, 제한 없이, 폴리머 전해질 층을 작동하도록 전류를 선택된 전극들에 전달하는 도전성 도관들은 고 전도성 백금, 백금 합금, 은 또는 은 합금을 포함할 수도 있고, 또는 도관들은, 화학적으로 안정적이고 내식성일 뿐만 아니라, 연성 (malleable) 이고 유리하게도 매우 낮은 굽힘 저항을 갖는 매우 가는 도전성 도관들로 형성될 수 있는 금 또는 금 합금을 포함할 수도 있다.
이완되거나 비통전된 상태에서, 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 폴리머 전해질 층은 그것의 원래 형태로 유지된다.
의료 기기의 세장형, 가요성 부분의 일 실시형태는 원위 말단, 근위 말단, 축선에 대한 반경방향 내부 보어, 및 반경방향 외벽을 가지는 세장형의, 가요성 내부 부재, 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터로서, 상기 액추에이터는 보어를 가지는 폴리머 전해질 층으로서, 상기 폴리머 전해질 층은 폴리머 전해질 층의 보어가 내부 부재의 보어와 정렬될 상태에서 내부 부재의 원위 말단에 인접하여 고정되는, 상기 폴리머 전해질 층, 적어도 하나의 폴리머 전해질 층 둘레에 원주 방향으로 분배된 복수의 전극들, 및 복수의 전극들 중 적어도 하나에 결합된 근위 말단 및 원위 말단을 각각 갖는 복수의 도전성 도관들을 포함하는, 상기 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터, 및 근위 말단, 원위 말단 및 상기 말단들 사이의 직경을 가지는 세장형의 가요성 중심 와이어로서, 상기 직경은 내부 부재의 보어의 직경보다 작아서 중심 와이어의 원위 말단이 내부 부재의 보어로 도입된 후 내부 부재의 원위 말단에 인접하여 중심 와이어의 원위 말단을 위치결정하도록 내부 부재의 보어를 통하여 밀릴 수 있는, 상기 세장형의 가요성 중심 와이어, 중심 와이어의 원위 말단에 결합되는 반경방향으로 압축된 탄성 스프링 부재를 포함하고, 상기 압축된 스프링 부재는, 미압축되거나 팽창된 구성에서, 팽창된 구성에서는 내부 부재의 보어의 직경을 초과하고 압축된 구성에서는 중심 와이어에 의해 내부 부재의 보어 내에 끼워져 위치결정되도록 크기가 정해지고, 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 폴리머 전해질 층은 (각각의 도전성 도관의 근위 말단에 추가로 결합될 수도 있는) 전류원으로부터 복수의 도전성 도관들 중 적어도 하나를 통하여 복수의 도전성 도관들 중 적어도 하나의 원위 말단에 결합된 복수의 전극들 중 적어도 하나로 안내된 하나 이상의 전기 신호들의 적용에 응답하여 비대칭적으로 변형되고, 중심 와이어는 스프링 부재를 내부 부재의 원위 말단에 바로 인접하여 위치시키는데 사용될 수 있고 내부 부재는, 내부 부재가 도입되는 루멘 내 장애물 (obstruction) 에 바로 인접하여 또는 그 안에 배치되고, 스프링 부재는, 압축된 스프링 부재가 내부 부재의 보어로부터 제거되어 팽창된 스프링 부재에 의해 그리핑되도록 장애물 내에서 반경방향으로 압축된 구성에으로부터 팽창된 구성으로 해제되도록 중심 와이어를 내부 부재에 대해 고정된 상태로 유지하면서 내부 부재를 후퇴시킴으로써 루멘 내 장애물과 맞물려 그리핑하도록 압축된 구성으로부터 팽창된 구성으로 팽창딜 수 있어서, 루멘으로부터 중심 와이어와 내부 부재를 함께 회수함으로써 장애물이 루멘으로부터 회수될 수 있도록 허용한다. 일 실시형태에서, 스프링 부재는 직렬로 정렬된 복수의 코일들을 갖는 코일 스프링이다. 다른 실시형태에서, 스프링 부재는 복수의 파형 또는 사인파 형상의 와이어들을 포함하고, 각각의 와이어는 일반적으로 관형 또는 원통형 형상의 스프링 어셈블리를 형성하도록 웨이브들 또는 피크들의 정점들에서 인접한 와이어의 웨이브들 또는 피크들의 정점들에 결합된다. 스프링 요소들은 반경방향으로 압축된 구성으로부터 반경방향으로 팽창된 구성으로 반경방향으로 팽창되므로 이런 유형의 팽창가능한 스프링 요소들이 일반적으로 신장된다는 점을 이해할 것이다.
의료 기기의 일 실시형태는 의료 기기의 굽힘가능 부분 내에 배치되는 전기적 절연층을 포함한다. 이 절연층은, 루멘 또는 신체의 통로 내에 위치결정될 때 의료 기기의 유리한 조종을 제공하도록 포위 전극들로 전달된 전기 신호들에 의해 부여된 전기장에 응답하여 변형되므로 폴리머 전해질 층을 포함하지만 일치하는 가요성 절연 경계층을 제공한다.
폴리머 전해질 층은 전해질 (예컨대, 이온성 액체, 그러나 이에 제한되지 않음) 및 플루오로폴리머와 고유 전도성 폴리머로 구성된 군에서 선택된 폴리머를 포함한다. 의료 기기의 굽힘가능 부분에 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 제공하는데 사용하기 위한 관형 폴리머 전해질 층을 제조하는 방법의 일 실시형태는: 플루오로폴리머 및 고유 전도성 폴리머로 구성된 군에서 선택된 베이스 재료의 액체 분산액을 제공하는 단계, 상기 액체 분산액을 기판에 배치하는 단계, 상기 기판에 폴리머 필름을 형성하도록 선택된 베이스 재료의 액체 분산액을 경화하는 단계, 맨드릴에 상기 폴리머 필름을 둘러싸는 단계, 열 수축 튜브를 제공하는 단계, 상기 열 수축 튜브로 폴리머 필름 내에 둘러싸인 상기 맨드릴의 일부분을 커버하는 단계, 및 관형 폴리머 전해질 층을 형성하기 위해서 상기 폴리머 필름의 리플로우 (reflow) 를 유발하도록 상기 열 수축 튜브를 가열하는 단계를 포함한다.
폴리머 전해질 층은, 예를 들어, 그러나 제한 없이, 전해질 (예컨대, 물 또는 이온성 액체와 같은 용매) 을 함유한 폴리머 멤브레인을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 폴리머 전해질은 다공성 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 비닐리덴 디플루오라이드의 중합에 의해 생성되고, 이온성 액체 또는 염수를 함유하는 높은 비반응성 열가소성 플루오로폴리머를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 폴리머 전해질은 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 프로필렌 카보네이트 및 이온성 액체에 의해 형성된 겔을 포함할 수도 있다.
의료 기기의 굽힘가능 부분에 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 제공하는데 사용하기 위한 관형 폴리머 전해질 층을 제조하는 방법의 일 실시형태에서, 베이스 재료를 형성하는데 사용하도록 선택된 재료는 플루오로폴리머 및/또는 고유 전도성 폴리머를 포함한다. 예를 들어, 재료는 퍼플루오르화 이오노머인 Nafion® 및 Flemion® 중 하나일 수도 있다. 방법의 다른 실시형태에서, 베이스 재료를 형성하는데 사용하도록 선택된 재료는 폴리비닐리덴 디플루오라이드 (PVDF) 중 하나 및/또는 이들의 공중합체 중 하나, 예를 들어, 폴리비닐리덴 디플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌 (P(VDF-CTFE)) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌 (P(VDF-HFP)) 중 하나를 포함하고, 이들은 플루오로폴리머이다. 방법의 또 다른 실시형태에서, 베이스 재료를 형성하는데 사용하도록 선택된 재료는 고유 전도성 폴리머 (ICP), 예를 들어, 폴리아닐린 (PANI), 폴리피롤 (Ppy), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT) 및 폴리(p-페닐렌 설파이드)(PPS) 중 하나를 포함한다. 관형 폴리머 전해질 층을 제조하는 방법의 또 다른 실시형태에서, 베이스 재료를 형성하는데 사용하도록 선택된 재료는 위에서 열거하고 설명된 베이스 재료들 중 2 가지 이상의 조합물을 포함한다.
관형 폴리머 전해질 층을 제조하는 방법의 일 실시형태는 액체 분산액을 형성하도록 베이스 재료를 휘발성 용매에 용해하는 단계를 포함한다. 이 단계에 사용될 수도 있는 휘발성 용매는, 이에 제한되지 않지만, 아세테이트, 알콜, 클로로포름, 에테르, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 염소화 탄화수소 및 케톤을 포함한다.
관형 폴리머 전해질 층을 제조하는 방법의 일 실시형태는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 또는 유리 중 하나를 포함하는 고체 기판으로 선택된 베이스 재료의 액체 분산액을 배치하는 단계를 포함한다. 하지만, 비접착 표면들을 가지는 다른 고체 기판들은 대체될 수도 있다.
관형 폴리머 전해질 층을 제조하는 방법의 실시형태의 제 1 실시예는, 10 ~ 20 중량% 의 알콜에 Nafion® 의 액체 분산액을 제조하는 단계, 15 ~ 25 ㎛ 의 두께를 형성하도록 독터 블레이드 방법을 사용해 평평한 PTFE 기판에 액체 분산액을 배치하는 단계, 68 ℉ (20 ℃) 에서 기판 상의 액체 분산액을 경화하는 단계, 176 ~ 248 ℉ (80 ~ 120 ℃) 에서 열 처리에 의해 휘발성 용매를 제거하는 단계, 내부 직경 및 벽 두께를 가지는 관형 형상으로 Nafion® 필름을 롤 업하도록 기판을 가로질러 맨드릴을 병진운동시키면서 맨드릴을 수동으로 회전시킴으로써 0.025" (0.635 ㎜) 의 외부 직경을 가지는 스테인리스 강 맨드릴 로드 둘레에 결과적으로 생성된 Nafion® 필름을 롤링하는 단계를 포함한다.
결과적으로 생성된 폴리머 튜빙의 결과적으로 생성된 내부 직경 및 벽 두께는 맨드릴 크기, Nafion® 필름의 두께 및 롤링 단계 중 맨드릴을 Nafion® 필름으로 둘러쌀 수 있는 횟수에 의존한다. 롤링된 Nafion® 필름과 맨드릴은 플루오르화 에틸렌-프로필렌 (FEP) 열 수축 슬리브로 끼워진 후 392 ~ 446 ℉ (200 ~ 230 ℃) 의 열 수축 재료의 회복 온도로 가열된다. 가열 중, 롤링된 Nafion® 필름의 층들은 단일 균질한 폴리머 층으로 리플로우된다. 열 수축 튜브 및 맨드릴을 냉각 및 제거한 후, Nafion® 튜브는 롤링된 층들의 흔적 없이 균질한 모폴로지를 갖는다. 제조된 Nafion 튜브의 벽 두께의 공차는 상업적으로 압출된 Nafion 튜빙 (+/- 10%) 과 유사하지만 다량의 공간 및 장비를 요구할 수 있는 상업용 압출 장비를 필요로 하지 않으면서 제조된다.
방법의 실시형태의 제 2 실시예는, 복수의 폴리[(비닐리덴 디플루오라이드)-코-(클로로트리플루오로에틸렌)](P(VDF-CTFE)) 펠릿들을 제공하는 단계, 4 시간 동안 약 122 ℉ (50 ℃) 로 아세톤에 펠릿들을 가열 및 교반함으로써 아세톤에 펠릿들을 용해하는 단계를 포함하는, PVDF 튜브를 제조하는 것이다. 제조된 분산액은 독터 블레이드를 사용해 평평한 PTFE 기판에 배치된다. 기판 및 그 위에 배치된 분산액은 30 분 동안 68 ℉ (20 ℃) 에서 경화되고 결과적으로 생성된 필름은 그 후 PTFE 기판으로부터 박리된다. 제조된 P(VDF-CTFE) 필름은 잔류 용매를 제거하도록 172 ℉ (80 ℃) 에서 진공 건조된다. 15 ~ 25 ㎛ 두께의 형성된 PVDF 필름은, 맨드릴을 수동으로 회전시키고 필름을 가로질러 맨드릴을 병진운동시킴으로써 0.025 인치 (0.635 ㎜) 의 외부 직경을 가지는 스테인리스 강 맨드릴 로드 둘레에 롤링된다. 롤링된 PVDF 필름을 갖는 맨드릴은 열 수축 폴리머 튜브 (예컨대, 플루오르화 에틸렌-프로필렌 (FEP)) 로 끼워지고 392 ~ 446℉ (200 ~ 230 ℃) 의 열 수축 재료의 회복 온도로 가열된다. 가열하면 롤링된 PVDF 필름의 층들이 단일 균질한 폴리머 튜브 벽으로 리플로우되도록 한다. 열 수축 튜브는, PVDF 튜브를 제거하기 위해서 맨드릴로부터 냉각 후 제거된다.
이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 추가로 제조하기 위해서, 제조된 Nafion 튜브 또는 PVDF 튜브는 전기 화학 프로세스와 같은 종래의 방법들을 사용해 금속 전극들 (예컨대, 백금 또는 금 전극들) 을 성막하도록 추가로 프로세싱될 수도 있다. 그 후, 와이어들 (예컨대, 금 와이어들) 은 도전성 도관들로서 역할을 하도록 전도성 페이스트 또는 레이저 용접을 사용해 제조된 금속 전극들로 추가로 통합 및 매립될 수 있다. 대안적으로, 일 실시형태에서, 제조된 Nafion 튜브 또는 PVDF 튜브는 관형 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 제공하는데 사용하기 위해 제공되고 이하 더 상세히 설명된 새로운 리플로우 방법을 사용해 탄소 기반 전극들을 성막하도록 추가로 프로세싱될 수도 있다. 그 후, 와이어들 (예로, 금 와이어들) 은 도전성 도관들로서 역할을 하도록 리플로우 방법 중 제조된 탄소 기반 전극들로 추가로 통합 및 매립될 수 있다.
일 실시형태에서, 리플로우 프로세스를 사용해 열 수축 튜브를 갖는 폴리머 전해질 층에 탄소 기반 전극들을 배치함으로써 의료 기기의 관형 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은: 반경방향 외벽을 갖는 폴리머 전해질 층을 제공하는 단계, 탄소 기반 전도성 분말의 혼합물을 휘발성 용매에 제공하는 단계, 각각 근위 말단 및 원위 말단을 갖는 복수의 도전성 도관들을 제공하는 단계, 탄소 전극 층을 형성하도록 폴리머 전해질 층의 외벽에 혼합물을 배치하는 단계, 각각의 도전성 도관의 원위 말단을 탄소 전극 층에 접촉하는 단계, 열 수축 튜브를 제공하는 단계, 열 수축 튜브로 폴리머 전해질 층과 그 위의 탄소 전극 층을 커버하는 단계, 및 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 형성하기 위해서 폴리머 전해질 층의 리플로우를 유발하도록 열 수축 튜브를 가열하는 단계를 포함할 수도 있다. 의료 기기의 관형 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 제조하는 방법의 다른 실시형태에서, 폴리머 전해질 층은 또한 전해질로 함침될 수도 있다. 예를 들어, 전해질은, 이에 제한되지 않지만, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (EMI-BF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMI-TFSI) 또는 이들의 조합물을 포함한 이온성 액체일 수도 있다. 의료 기기의 관형 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 제조하는 방법의 또 다른 실시형태에서, 탄소 전극 층의 일부분은 획득된 탄소 기반 전극들의 도전율을 높이도록 하나 이상의 금속 층으로 추가로 커버된다. 여기에서, 금속 층은, 예를 들어, 금 층, 백금 층 또는 이들의 조합물일 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다.
의료 기기의 관형 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 제조하는 방법의 다른 실시형태에서, 탄소 기반 전도성 분말은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 에어로겔, 그래핀, 또는 이들의 조합물일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 탄소 기반 전도성 분말은 선택적으로 필러들, 예로 전이 금속 산화물 분말, 금속 분말 또는 이들의 조합물을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 탄소 기반 전도성 분말의 혼합물은 브러시 코팅 또는 스프레이 코팅을 사용해 폴리머 전해질 층의 외부면에 배치된다. 다른 실시형태들에서, 탄소 전극 층은 또한 열 수축 튜브를 가열한 후 복수의 전극들을 형성하도록 마이크로 기계가공된다.
의료 기기의 일 실시형태에서, 굽힘가능 부분에서 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터에 전기 신호들을 적용함으로써 굽힘가능 부분의 굽힘을 제어하기 위해 전기 제어기가 제공된다. 전기 제어기는 세장형의, 가요성 부분의 근위 말단에 제공될 수도 있고 의료 기기의 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 조작하기 위해서 도전성 도관들에 의해 운반되고 복수의 전극들에 부여된 전하들을 선택적으로 제어하기 위해 도전성 도관들에 전기적으로 연결될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 전기 제어기는 또한 주 제어기에 의해 명령을 받을 수도 있다. 주 제어기는 전기 제어기를 통하여 굽힘의 2 자유도를 제공하기 위해 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터에 굽힘 제어 신호들을 입력하기 위한 조작가능한 제어 부재를 포함할 수도 있다.
의료 기기를 조종가능하게 제어하기 위해서, 일부 실시형태들에서, 의료 기기는 상기 의료 기기 (예컨대, 가요성, 세장형의 부재 부분) 를 종으로 (lenghtwise) 이동시키기 위한 구동 어셈블리를 추가로 포함한다. 구동 어셈블리는, 그리핑 면을 구비한 제 1 회전 구동 부재, 상기 제 1 회전 구동 부재의 그리핑 면의 근위에 배치된 그리핑 면을 구비한 인접한 제 2 회전 구동 부재, 및 상기 제 1 회전 구동 부재 및 상기 제 2 회전 구동 부재 중 적어도 하나를 제어가능하게 회전시키도록 결합된 적어도 하나의 전기 동력 모터를 포함하고, 상기 의료 기기는 상기 제 1 회전 구동 부재의 그리핑 면과 상기 인접한 제 2 회전 구동 부재의 그리핑 면 중간에 배치되고 맞물려서 상기 제 1 회전 구동 부재와 상기 제 2 회전 구동 부재 중 하나의 회전은 상기 의료 기기를 축선방향으로 이동시킨다. 의료 기기를 조종가능하게 제어하는 일 실시형태에서, 상기 제 1 회전 구동 부재의 시계방향 회전 및 상기 인접한 제 2 회전 구동 부재의 반시계방향 회전은 상기 의료 기기를 제 1 방향으로 이동시키고; 상기 제 1 회전 구동 부재의 반시계방향 회전 및 상기 인접한 제 2 회전 구동 부재의 시계방향 회전은 상기 의료 기기를 상기 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향으로 이동시킨다. 다른 실시형태에서, 구동 어셈블리는 또한 병진운동의 1 자유도를 제공하기 위해 구동 어셈블리에 전진 및 후퇴 제어 신호들을 입력시키기 위한 조작가능한 제어 부재를 포함하는 주 제어기에 의해 추가로 명령을 받을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 주 제어기는 굽힘 제어 신호들뿐만 아니라 전진 및 후퇴 신호들을 제공할 수도 있다.
의료 기기를 조종가능하게 제어하는 일 실시형태에서, 의료 기기는 케이스를 추가로 포함할 수도 있고, 상기 케이스는: 제 1 회전 구동 부재, 제 2 회전 구동 부재, 의료 기기가 통과하는 근위 포트, 의료 기기가 통과하는 원위 포트, 및 의료 기기의 와인딩들을 저장하기 위한 내부 캐비티를 포함한 밀봉된 내부 부분을 가지는 제 1 부분을 포함하고, 상기 케이스는 모터를 지지하는 제 2 부분을 추가로 포함한다. 다른 실시형태에서, 상기 케이스의 제 2 부분 및 상기 케이스의 제 1 부분은, 제 1 회전 부재 및 제 2 회전 부재 중 적어도 하나와 모터를 작동가능하게 맞물리게 하도록 서로 결합되도록 되어있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 부분은, 예를 들어, 의료 기기에 의해 접촉되는 체액에 의한 사용 및 오염 후 버리게 될 수도 있다.
일 실시형태에서, 인간의 신체의 루멘으로 도입되어 그것을 통하여 이동할 때 의료 기기를 원격으로 제어/위치결정하기 위해, 의료 기기는 주 제어기의 조작에 대응하는 신호를 송신하기 위해 주 제어기에 결합된 송신기; 및 제어기의 조작에 대응하도록 구동 어셈블리 및/또는 전기 제어기에 상기 송신기에 의해 송신된 신호를 수신하기 위해 구동 어셈블리 및 전기 제어기에 전기적으로 연결된 수신기를 추가로 포함할 수도 있다.
첨부된 예시적인 도면들은 실시형태들의 추가 이해를 제공하고, 본 출원에 통합되어 본 출원의 일부를 구성하며, 서술된 설명과 함께, 본 발명을 설명하는 역할을 한다. 첨부된 도면은 다음과 같이 간략하게 설명된다.
도 1 은 의료 기기의 연장가능한 작동부를 제어가능하게 연장 및 후퇴하는데 사용된 구성요소들을 포함하기 위한 케이스의 일 실시형태를 도시한 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 의료 기기의 실시형태의 작동부의 원위 말단에 배치된 굽힘가능 부분 및 세장형의, 가요성 부분의 사시도이다.
도 3 은 굽힘 모드를 도시한 도 2 의 작동부의 원위 말단에서의 원위의, 굽힘가능 부분의 사시도이다.
도 4a 는 폴리머 전해질 층 둘레에 분배된 4 개의 각도상 분배된 전극들에 적용된 제 1 선택된 세트의 4 개의 전기 신호들을 보여주는 도 2 및 도 3 의 굽힘가능 부분의 원위 말단의 횡단면도이다. 화살표는 4 개의 개별 전극들에 도시된 세트의 전기 신호들을 적용함으로써 발생된 굽힘 방향을 나타낸다.
도 4b 는 폴리머 전해질 층에 대해 배치되는 각도상 분배된 전극들에 적용된 제 2 선택된 세트의 4 개의 전기 신호들을 드러내는 도 4a 의 굽힘가능 부분의 원위 말단의 횡단면도이다. 화살표는 4 개의 개별 전극들에 도시된 전기 신호들을 적용함으로써 발생된 굽힘 방향을 나타낸다.
도 5 는 종방향 및 원주 방향으로 모두 분리된 복수의 개별 전극들을 가지는 일 실시형태의 의료 기기의 작동부의 세장형의, 가요성 부분 및 굽힘가능 부분의 대안적 실시형태의 사시도이다. 각각의 개별 전극은 전기 신호를 전극에 제공하는 도전성 도관에 연결된다.
도 6 은 도 1 내지 도 4b 의 의료 기기의 실시형태를 사용 및 제어하는데 사용되는 시스템들 및 구성요소들을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7 은, 원위의, 굽힘가능 부분 및 세장형의, 가요성 부분을 포함하는, 의료 기기의 실시형태의 연장가능하고 조종가능한 작동부의 원위 말단의 종단면도이다.
도 8a 는 도 1 의 의료 기기의 실시형태의 케이스의 상부 케이스 부분의 사시도이고, 상기 케이스의 상부 케이스 부분은 내부에 배치된 구성요소들을 더 잘 드러내기 위해서 점선들로 나타낸다.
도 8b 는 도 1 의 의료 기기의 실시형태의 케이스의 하부 케이스 부분의 사시도이고, 상기 케이스의 하부 케이스 부분은 내부에 배치된 구성요소들을 더 잘 드러내기 위해서 점선들로 나타낸다.
도 9 는 도 8a 및 도 8b 의 상부 케이스 부분과 하부 케이스 부분을 조립하여 제공된 의료 기기의 실시형태의 입면 단면도이다. 의료 기기는 주 제어기와 무선 통신한다.
도 10 은 도 7a, 도 7b 및 도 8 에 도시된 의료 기기의 실시형태를 사용하여 수술을 수행하는 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다.
도 11 은 의료 기기의 실시형태의 작동부의 원위 말단에서 굽힘가능 부분에 굽힘을 부여하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 12 는 작동부 및 케이스를 포함하는 의료 기기의 대안적 실시형태를 위한 제어 시스템 구조를 도시한 도 6 의 블록도의 변형예이다.
도 13 은 의료 기기의 실시형태의 작동부의 굽힘가능 부분의 폴리머 전해질 층을 포위하도록 다른 전극들과 배치된 전극에 적용된 전기 신호의 시간의 경과에 따른 변화를 도시한 그래프이다.
도 14 는 의료 기기의 실시형태의 작동부의 굽힘가능 부분의 폴리머 전해질 층으로 형성된 리세스들에서 개별 전극들의 대안적 분배를 도시한 횡단면도이다.
도 15 는 의료 기기의 작동부의 굽힘가능 부분에 대한 대안적 구성의 횡단면도이다.
도 16 은 의료 기기의 실시형태의 성능을 모니터링하는데 센싱 부재를 사용하고 의료 기기의 실시형태의 성능에 대한 외력의 영향을 결정하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 17 은 의료 기기의 작동부를 제어가능하게 전진 및 인출하기 위한 의료 기기의 케이스 부분의 대안 실시형태를 도시한다.
도 18 은 내부의 구성요소들의 위치들을 드러내기 위해서 가이드 배럴이 제거된 대안적 케이스의 사시도이다.
도 19 는 의료 기기의 이 실시형태의 작동부의 구성요소들의 세부들을 드러내기 위해서 외부 부재의 섹션이 제거된 의료 기기의 작동부의 세장형의, 가요성 부분의 사시도이다.
도 20 은 의료 기기의 작동부의 세장형의, 가요성 부분의 실시형태의 횡단면도이다. 세장형의, 가요성 부분은 도전성 도관들 및 금속 보강 메시 또는 브레이드를 포함할 수도 있다.
도 21 은, 도전성 도관들 각각이 루멘 구조 내에 매립되고 각각의 도전성 도관 및 그것의 루멘 구조가 함께 외부 부재의 재료 내에 둘러싸여 있는 의료 기기의 작동부의 세장형의, 가요성 부분의 대안적 실시형태의 횡단면도이다.
도 22 는, 도전성 도관들 각각이 외부 부재에 의해 포위되는 단일, 관형 절연 부재 내에 둘러싸여 전기적으로 절연되는 의료 기기의 작동부의 세장형의, 가요성 부분의 대안적 실시형태의 횡단면도이다.
도 23 은 작동부 및 케이스를 포함하는 의료 기기의 대안적 실시형태를 위한 제어 시스템을 도시한 도 6 및 도 12 의 블록도들의 변형예이다.
도 24 는 의료 기기의 세장형의, 가요성 부분의 내부 부재의 외부면에 부착된 4 개의 도전성 도관들의 배치를 보여주는 도 5 의 일부분의 확대도이다.
도 25 는 의료 기기의 대안적 실시형태의 작동부의 굽힘가능 부분에 포함되는 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 확대 사시도이다.
도 26 은, 스프링 부재가, 반경방향으로 압축된 구성에서, 루멘 내 장애물에 인접하여 스프링 요소를 배치하도록 작동부의 보어를 통하여 전진된 중심 와이어에 결합된 의료 기기의 실시형태의 작동부의 원위 말단의 도면이다.
도 27 은, 작동부 및 중심 와이어로 제거하기 위한 장애물을 팽창하여 그리핑하도록, 중심 와이어를 고정 상태로 유지하면서 작동부의 보어의 인출에 의해 얻어진, 팽창된 구성의 스프링 부재의 도면이다.
도 28 은 도 26 및 도 27 에 의해 도시된 방법을 구현하는데 사용될 수 있는 스프링 부재의 대안적 실시형태이다.
도 29 는 도 1 의 의료 기기의 다른 실시형태의 작동부의 원위 말단에 배치된 굽힘가능 부분 및 세장형의, 가요성 부분의 사시도이다.
도 30 은 굽힘 모드를 보여주는 도 29 의 작동부의 원위 말단에서의 원위의, 굽힘가능 부분의 사시도이다.
카테테르들 또는 가이드와이어들과 같은 의료 기기들은 동맥, 정맥, 인후, 외이도, 비강, 요도와 같은 루멘 또는 임의의 다수의 다른 루멘들 또는 신체의 통로들로 삽입되기에 충분히 가늘 수도 있다. 이 가는 카테테르들 (마이크로-카테테르들로도 지칭) 및 가이드와이어들은, 수술 절차 또는 의료적 수술을 수행하기 위한 로컬 액세스를 제공하도록 대상체 또는 환자의 절단 필요성을 막음으로써 실질적으로 단축된 회복 기간을 요구하는 비침습적 수술을 내과의사들이 수행할 수 있게 한다. 본원에 사용된 대로, 용어들 "대상체" 또는 "환자" 는 기기와 의료 개입의 수용자를 지칭한다. 특정 양태들에서, 환자는 인간 환자이다. 다른 양태들에서, 환자는 반려 동물, 사냥 동물, 축류 또는 가축이다.
다음 단락들은 의료 기기들을 사용해 외과 수술을 수행하거나 수행을 가능하게 하는데 사용될 수 있는 의료 기기들의 특정 실시형태들, 및 이를 위한 이러한 의료 기기의 제조를 가능하게 하는데 사용될 수 있는 방법들을 기술한다. 의료 기기들 및 방법들의 다른 실시형태들이 이하 첨부된 청구 범위 내에 있고, 이러한 실시형태들의 도면이 본 발명을 제한하지 않는다는 점을 이해할 것이다.
도 1 은 케이스 (200) 및 작동부 (100) 를 가지는 의료 기기 (10) 의 일 실시형태를 보여주는 사시도이다. 도 1 의 의료 기기 (10) 는 케이스 (200) 의 상부 케이스 부분 (210) 및 하부 케이스 부분 (220) 을 포함하고, 의료 기기 (10) 는 케이스 (200) 의 상부 케이스 부분 (210) 으로부터 연장가능하도록 세장형의, 가요성 부분 (101), 및 원위 말단 (102) 에 배치된 굽힘가능 부분 (110) (도 2) 을 포함하는 가요성, 세장형의 가는 작동부 (100) 를 추가로 포함한다. 세장형의, 가요성 부분 (101) 은 신체 (미도시) 의 루멘 (미도시) 으로 삽입될 수 있도록 충분히 가는 내부 부재 (120) (도 2) 를 포함한다. 또한, 내부 부재 (120) 는 충분히 가요성이고 실질적으로 축선방향으로 비압축성이어서, 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 은 신체 (미도시) 의 루멘으로 삽입된 후 작동부 (100) 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 을 앞으로 밀거나 구동함으로써 내부 부재는 와인딩 경로를 가지는 루멘을 통하여 전진될 수 있다. 작동부 (100) 는 근위 말단 (109) 을 추가로 포함한다. 의료 기기 (10) 는 세장형 구조 (미도시) 의 이동을 가능하게 하도록 내부 보어 (140) (도 2) 를 포함하는 굽힘가능 부분 (110) 을 가지는 마이크로-카테테르일 수도 있다. 일 실시형태에서, 세장형 구조는 근위 말단 (109) 으로부터 내부 보어 (140) (도 2) 를 통하여 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 으로 공급될 수도 있다. 대안적으로, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 가 없는 굽힘가능 부분 (110) 을 갖는 가이드와이어일 수도 있다 (예컨대, 도 29).
선택적으로, 작동부 (100) 의 근위 말단 (109) 은 작동부 (100) 의 근위 말단 (109) 에 메이팅 소켓 또는 다른 구조를 고정하는데 사용하기 위한, 예를 들어, 나사산 (113) 과 같은 패스너를 포함할 수도 있다. 선택적으로, 의료 기기 (10) 의 케이스 (200) 의 상부 케이스 부분 (210) 은, 케이스 (200) 너머로 연장되는 작동부 (100) 의 원위 부분 (102) 에 전진 방향성을 부여하기 위한 가이드 배럴 (211) 을 포함할 수도 있다.
도 2 는 도 1 의 의료 기기 (10) (예컨대, 마이크로-카테테르) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에 배치된 굽힘가능 부분 (110) 및 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 사시도이다. 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 은, 각도상 분배된 복수의 통전 가능한 전극들 (112) 중심에 그리고 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 내부 부재 (120) 에 인접하여 배치된 폴리머 전해질 층 (139) 을 포함한 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 포함한다. 폴리머 전해질 층 (139) 의 외벽 (137) 을 포위하는 복수의 전극들 (112) 각각은, 연결된 전극 (112) 에 전기 신호 또는 전류가 공급될 수 있는 도전성 도관 (130) 의 원위 말단 (131) 에 연결된다. 폴리머 전해질 층 (139) 은, 세장형 구조의 원위 말단에서 배치된 이펙터 또는 수술 도구 또는 기구를 위치결정, 제어 및/또는 작동하도록 다른 세장형 구조들이 삽입될 수 있는 보어 (140) 를 포함한다. 폴리머 전해질 층 (139) 의 보어 (140) 는, 이완되거나 비통전된 상태에서, 축선 (141) 에 대해 중심에 있다. 도 2 의 굽힘가능 부분 (110) 은 직선 모드로 도시된다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 굽힘가능 부분 (110) 은 복수의 전극들 (112) 중 하나 이상의 선택적 통전에 의해 굽힘 모드로 선택적으로 제어가능하게 변형될 수 있다.
의료 기기 (10) 의 일 실시형태에서, 도 2 의 굽힘가능 부분 (110) 의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터는 이온성 폴리머-금속 복합체 (IPMC) 액추에이터이다. 의료 기기 (10) 의 일 실시형태에서, 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터는 우수한 이온 수송 특성을 갖는 Nafion® (Nafion® 은 E. I. DuPont de Nemours and Company 로부터 입수가능함) 의 퍼플루오르화 이오노머로 만들어진 폴리머 전해질 층 (139) 을 포함한다. 대안적으로, 의료 기기 (10) 의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 다른 실시형태들은 Aciplex™ (일본, 도쿄의 Asahi Kasei Chemical Corp. 로부터 입수가능), Flemion® (미국, 펜실베니아주, 엑스톤의 AGC Chemical Americas, Inc. 로부터 입수가능) 또는 fumapem® F-series (독일 연방 공화국, Bietigheim-Bissingen 의 Fumatech BWT GmbH 로부터 입수가능) 와 같은 퍼플루오르화 이오노머를 포함하는 폴리머 전해질 층 (139) 을 포함할 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 퍼플루오르화 이오노머는 Nafion® 이다.
의료 기기 (10) 의 일 실시형태에서, 도전성 도관들 (130) 은 백금, 금, 탄소, 이들의 합금들 또는 이들의 조합물 중 하나를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 전극들 (112) 을 위한 재료는 탄소, 예로 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브들, 카바이드 유래 탄소 또는 이오노머의 복합체, 및 탄소 나노튜브와 이오노머의 복합체를 포함할 수도 있다. 폴리머 전해질 층 (139) 에 탄소 기반 전극들 (112) 을 배치하는 일 실시형태에 따른 방법이 본원에서 이하 검토될 것이다.
복수의 전극들 (112) 각각은, 도관 (130) 이 연결되는 전극 (112) 에 전기 신호가 적용될 수 있는 도전성 도관 (130) 의 원위 말단 (131) 에 연결되어서, 폴리머 전해질 층 (139) 내 금속 양이온이 적용된 전기 신호에 의해 결정된 방향으로 이동시킨다. 적용된 전기 신호에 의해 발생된 이런 양이온 영동은 폴리머 전해질 층 (139) 이 애노드 근위에 배치된 폴리머 전해질 층 (139) 의 부분에서 팽윤하도록 하고 남아있는 미팽윤된 부분의 방향으로 구부리거나 휘어지도록 한다. 결과적으로, 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 폴리머 전해질 층 (139) 의 굽힘 변형의 크기 및 방향은, 통전할 전극들 (112) 을 전략적으로 선택하고 도전성 도관들 (130) 을 통하여 전극들 (112) 에 적용된 전기 신호를 조절하여 제어될 수 있다.
도 2 에 도시된 대로, 폴리머 전해질 층 (139) 은 원형 보어 (140) 를 포함하고, 복수의 전극들 (112) 은 폴리머 전해질 층 (139) 의 원주에 대해 각도상으로 분배된다.
도 3 은 변형 또는 굽힘 모드를 보여주는 도 2 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 굽힘가능 부분 (110) 의 사시도이다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 은, 폴리머 전해질 층 (139) 을 변형시키도록 전기 신호들의 선택적 적용을 통하여 도 2 에 도시된 직선 모드로부터 도 3 의 변형 또는 굽힘 모드로 작동되는 것으로 도시된다. 선택된 전극들 (112) 의 통전은, 화살표 (118) 로 나타낸 외력을 적용함으로써, 굽힘가능 부분 (110) 을 직선 모드로부터 굽힘 모드로 변형시킨다.
대안적으로, 복수의 전극들 (112) 중 하나 이상에 하나 이상의 전기 신호들의 적용 부재시 작동부 (100) 가 변형 모드로 있는 것으로 관찰되는 경우에, 관찰된 편향의 크기는 작동부 (100) 에 적용된 외력의 크기 및 방향을 결정하는데 사용될 수 있고, 또는 대안적으로, 전극들 (112) 로 공지된 전류의 적용이 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 예상된 변형을 발생시키지 못하는 경우에, 예상된 변형과 (존재하는 경우) 실제 변형 사이 차이는 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 굽힘가능 부분 (110) 에 적용된 외력의 크기의 지표로서 사용될 수 있다.
도 4a 는 폴리머 전해질 층 (139) 의 외벽 (137) 둘레에 배치되는 4 개의 원주 방향으로 분배된 전극들 (112) 에 적용된 제 1 선택된 세트의 4 개의 전기 신호들을 보여주는 도 2 및 도 3 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 원위 말단 (102) 의 횡단면도이다. 도 4a 는 화살표 (118) 의 방향으로 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 굽힘을 부여하도록 복수의 각도상 분배된 전극들 (112) 에 적용될 수도 있는 전기 신호들을 보여준다. 도 4a 의 상단에서 전극 (112) 에 양전하의 적용 이외에, 또한 도 4a 의 바닥에서 전극 (112) 에 음전하의 적용 이외에, 도 4a 의 굽힘가능 부분 (110) 의 좌측 및 우측에서 전극들 (112) 에 양전하의 적용은, 도 4a 의 상단에서 전극 (112) 에 양전하를 적용하고 나머지 전극들 (112) 에 음전하가 부여된 결과로 발생하는 것과 상이한 변형량을 유발할 수 있음을 이해할 것이다. 사용자는, 사용자가 원하는 변형을 발생시키는 복수의 전기 신호들을 선택할 수 있음을 이해할 것이다.
도 4b 는 폴리머 전해질 층 (139) 둘레에 배치되는 원주 방향으로 분배된 전극들 (112) 에 적용된 제 2 선택된 세트의 4 개의 전기 신호들을 드러내는 도 4a 의 연장가능한 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 원위 말단 (102) 의 횡단면도이다. 도 4b 는 도 4b 의 굽힘가능 부분 (110) 의 상단에서 전극 (112) 및 또한 도 4b 의 굽힘가능 부분 (110) 의 우측에서 전극 (112) 에 양전하의 적용을 도시하고, 도 4b 는 도 4b 의 바닥에서 전극 (112) 및 또한 도 4b 의 좌측에서 전극 (112) 에 음전하의 적용을 도시한다. 이 전하들의 적용으로부터 유발되는 폴리머 전해질 층 (139) 의 변형은 화살표 (118) 의 방향으로 이루어진다.
도 4a 및 도 4b 로부터, 의료 기기 (10) (예컨대, 마이크로-카테테르) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 원위 말단 (102) 은 개별 전극들 (112) 각각에 부여된 전하들의 전략적 제어에 의한 다양한 정도의 변형 또는 편향으로 다수의 방향들로 구부러질 수 있다. 도 4a 및 도 4b 에 도시된 실시형태는 4 개의 전극들 (112) 을 포함한 굽힘가능 부분 (110) 을 보여주지만, 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 은 4 개 미만 또는 4 개 초과 전극들 (112) 을 포함할 수 있고, 이러한 다른 실시형태들은 상이한 편향 및 변형 방향성 용량들을 가지는 것을 이해할 것이다.
도 5 는 의료 기기 (10) (예컨대, 마이크로-카테테르) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 대안적 실시형태의 사시도이다. 도 5 는, 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 길이를 따라 다양한 위치들에 복수의 전극들 (112a, 112b, 112c, 112d) 을 배치함으로써 폴리머 전해질 층 (139) 의 편향 및 변형의 크기 및 방향이 어떻게 맞추어질 수 있는지 보여준다. 제한하지 않고 예로서, 도 5 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 은 16 개의 원주 방향 및 축선방향으로 분배된 전극들 (112a, 112b, 112c, 112d) 을 포함할 수도 있고 제 1 세트의 4 개의 전극들 (112a) 은 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 원위 말단 (102) 근위에 배치되고, 제 2 세트의 4 개의 전극들 (112b) 은 제 1 세트의 전극들 (112a) 에 인접하여 배치되고, 제 3 세트의 4 개의 전극들 (112c) 은 제 2 세트의 전극들 (112b) 에 인접하여 배치되고, 제 4 세트의 전극들 (112d) 은 제 3 세트의 전극들 (112c) 에 인접하여 배치된다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 에 배치된 16 개의 전극들 (112a, 112b, 112c, 112d) (4 개의 세트들) 각각은, 각각 통전 전류를 각각의 전극들에 전달하기 위한, 16 개의 도전성 도관들 (130a, 130b, 130c, 130d) 중 하나에 연결된다. 도 5 에 도시된 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 실시형태는 축선방향으로 이격된 세트들의 전극들 (112) 중간의 감소된 굽힘 저항으로 인해 굽힘가능 부분 (110) 의 강화된 변형을 유발한다.
도 6 은 도 1 내지 도 4b 의 의료 기기 (10) 의 실시형태에 대한 제어 시스템 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 의료 기기 (10) 는 루멘 또는 신체의 통로로 삽입하도록 된 작동부 (100) 및 작동부 (100) 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 및 굽힘가능 부분 (110) 을 루멘 또는 신체의 통로 안으로 그것을 통하여 전진시키고 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 굽힘가능 부분 (110) 을 선택적으로 구부리기 위한 구동 어셈블리 (300) (도 8a 내지 도 9) 를 갖는 케이스 (200) 를 포함한다. 도 6 은, 루멘 또는 신체의 통로 안으로 그것을 통하여 작동부 (100) 를 전진시키는데 사용하기 위한 구동 어셈블리 (300), 및 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 을 조작하기 위해서 복수의 전극들 (112) 에 부여되고 도전성 도관들 (130) 에 의해 운반되는 전하들을 선택적으로 제어하기 위한 전기 제어기 (400) 양자를 포함하는 케이스 (200) 의 제어 상호작용을 보여준다. 전기 제어기 (400) 는, 주 제어기 (500) 로부터 사용자의 입력 신호들에 응답하여, 전극들 (112) 에 적용된 전기 신호의 값들을 계산하는 프로세서 (미도시) 를 포함할 수도 있다. 무선으로, 전화로 및/또는 인터넷을 통하여, 도 6 의 의료 기기 (10) 의 케이스 (200) 와 통신하는, 환자의 로케이션 이외의 로케이션에 존재할 수 있는 주 제어기 (500) 가 도시된다. 도 6 에 도시된 일 실시형태에서, 의료 기기 (10) 의 주 제어기 (500) 는, 환자 (신체) 및 의료 기기 (10) 로부터 멀리 떨어진 외과의 (운영자 또는 사용자) 가 존재하는 곳에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 실시형태에서, 의료 기기 (10) 는 주 제어기 (500) 를 포함할 것이고, 또는 대안적으로, 의료 기기 (10) 의 실시형태는 주 제어기 (500) 를 포함하지 않을 수도 있고 환자 및 케이스 (200) 와 함께 수술실에 존재하는 외과의에 의해 사용될 수도 있다. 주 제어기 (500) 는, 예를 들어, 전기 제어기 (400) 를 통하여 굽힘의 2 자유도를 제공하기 위해 굽힘가능 부분 (110) 의 전극들 (112) 에 굽힘 제어 신호들을 사용자가 입력시키기 위한 조이스틱, 및 병진운동의 1 자유도를 제공하기 위해 구동 어셈블리 (300) 에 전진 및 후퇴 제어 신호들을 사용자가 입력시키기 위한, 예를 들어, 트랙 볼 또는 트랙 휠과 같은 롤링 입력부를 포함할 수도 있다.
도 7 은, 원위의, 굽힘가능 부분 (110) 및 세장형의, 가요성 부분 (101) 을 포함한, 의료 기기 (10) (예컨대, 마이크로-카테테르) 의 실시형태의 연장가능하고 조종가능한 루멘 내 작동부 (100) 의 종단면도이다.
도 7 은 폴리머 전해질 층 (139) 및 복수의 포위 전극들 (112) 을 나타낸다. 각각의 전극 (112) 은 도전성 도관 (130) 에 전기적으로 결합된다. 굽힘가능 부분 (110) 은 작동부 (100) 의 내부 부재 (120) 에 인접하여 배치되고 정렬된다. 세장형의, 가요성 부분 (101) 은 내부 부재 (120), 도전성 도관들 (130), 전극들 (112) 및 폴리머 전해질 층 (139) 을 포위하도록 보호 외부 부재 (150) 를 추가로 포함할 수도 있다. 보호 외부 부재 (150) 는, 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 가 도입될 수 있는 루멘 또는 다른 신체의 통로의 내벽과 저마찰 슬라이딩 맞물림하도록 되어 있다. 의료 기기 (10) 의 마이크로-카테테르의 실시형태에서, 보어 (140) 는, 예를 들어, 이펙터, 절단 도구, 이미징 기기 (카메라), 광원, 스틴트, 스틴트 리트리버 또는 일부 다른 조작가능한 외과 기구와 같은 외과 기구가 수술 중 사용자에 의해 통과 및/또는 제어될 수 있는 통로를 제공한다. 대안적으로, 보어 (140) 는, 약물, 방사선원 또는 다른 재료가 루멘 또는 신체의 통로를 가지는 신체에 정확하게 배치하기 위해 주입될 수 있는 유체 관을 형성할 수도 있다. 도 7 은 작동부 (100) 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 에 빈 보어 (140) 를 도시하지만, 이 보어 (140) 는 다수의 용도를 위해 의도된다. 또한, 작동부 (100) 의 보어 (140) 를 통하여 위치결정, 제어되거나 도입된 외과 기구가 굽힘가능 부분 (100) 에 인접하여 배치된 이펙터, 기구, 도구 또는 다른 도구에 연결될 수 있음을 이해될 것이다. 또한, 도 6 에 관하여 설명한 것들과 같은 보어 (140) 로 삽입된 와이어 또는 다른 세장형 가는 기기를 위치결정하기 위한 다른 기기들이 루멘 내에 작동부 (100) 를 위치결정하는데 사용된 기기들의 기능을 손상시키지 않으면서 보어 (140) 내에 와이어 또는 다른 기기를 위치결정하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 8a 및 도 8b 는 함께 의료 기기 (10) 의 실시형태의 분해 사시도를 제공한다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다.
도 8a 는 도 1 의 의료 기기 (10) 의 실시형태의 케이스 (200; 도 1 참조) 의 상부 케이스 부분 (210) 의 사시도이고, 상기 상부 케이스 부분 (210) 은 내부에 배치된 의료 기기 (10) 의 구성요소들을 더 잘 드러내기 위해서 점선들로 나타낸다. 의료 기기 (10) 의 일 실시형태에서, 상부 케이스 부분 (210) 은 일회용일 수 있는데 왜냐하면 그것은 작동부가 삽입되고 작동부가 인출되는 환자의 루멘 또는 신체의 통로로 삽입되어 오염되는 작동부 (100) 를 포함하기 때문이다. 도 8a 에 도시된 상부 케이스 부분 (210) 은, 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 이 통과하는 가이드 배럴 (211) 을 포함한다. 가이드 배럴 (211) 은, 작동부 (100) 가 전진 및 인출하는 상부 케이스 부분 (210) 에서 애퍼처 (미도시) 를 가린다. 유사하게, 작동부 (100) 의 근위 말단 (109) 은 애퍼처 (115) 를 통과할 수도 있고 또는 애퍼처에 고정 배치될 수도 있다. 작동부 (100) 의 근위 말단 (109) 은 외과 기구 또는 도구와 연관된 메이팅 소켓 또는 연결부와 짝을 이루도록 나사산 (113; 도 1) 을 추가로 포함할 수도 있다. 상부 케이스 부분 (210) 내 캐비티 (215) 는 작동부 (100) 의 길이에 형성된 와인딩들 (116) 을 저장하는데 사용될 수도 있다. 작동부 (100) 의 와인딩들 (116) 은 굽힘가능 부분 (110) 을 포함하지 않지만, 도전성 도관들 (130) 과 내부 부재 (120; 예컨대, 도 7), 굽힘가능 부분 (110) 의 일부가 되거나 인접한 구성요소들을 공급하고, 위치결정하고 제어하는데 사용되는 작동부 (100) 의 양 구성요소들을 포함한다. 도 8a 의 상부 케이스 부분 (210) 은 제 1 회전 구동 부재 (330a) 및 인접한 제 2 회전 구동 부재 (330b) 를 포함한 구동 어셈블리 (300) 를 추가로 포함한다. 작동부 (100) 는 제 1 회전 구동 부재 (330a) 와 인접한 제 2 회전 구동 부재 (330b) 중간에 통과하는 것으로 나타나 있다. 제 1 회전 구동 부재 (330a) 의 시계방향 회전 및 인접한 제 2 회전 구동 부재 (330b) 의 반시계방향 회전은 환자의 루멘 또는 신체의 통로로부터 케이스 (200) 로 작동부 (100) 를 인출시킬 것이고, 제 1 회전 구동 부재 (330a) 의 반시계방향 회전 및 인접한 제 2 회전 구동 부재 (330b) 의 시계방향 회전은 케이스 (200) 로부터 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 이 도입된 환자의 루멘 또는 신체의 통로로 작동부 (100) 를 전진시키는 것을 이해할 것이다.
도 8b 는 도 1 의 의료 기기 (10) 의 실시형태의 케이스 (200; 도 1 참조) 의 하부 케이스 부분 (220) 의 사시도이고, 상기 하부 케이스 부분 (220) 은 내부에 배치된 의료 기기 (10) 의 구성요소들을 더 잘 드러내기 위해서 점선들로 나타낸다. 상부 케이스 부분 (210) 이 일회용인 의료 기기 (10) 의 일 실시형태에서, 하부 케이스 부분 (220) 은 반복된 사용을 위해 적합화될 수도 있고, 각각의 사용은 오염제거된 하부 케이스 부분 (220) 을 새로운 또는 개조된 상부 케이스 부분 (210) 과 짝을 이루는 것을 요구한다. 하부 케이스 부분 (220) 의 형상은 도 8a 의 상부 케이스 부분 (210) 의 형상에 대응하여서 조립된 케이스 (200) 를 제공하기 위해서 상부 케이스 부분 (210) 과 하부 케이스 부분 (220) 의 짝을 이루는 것을 용이하게 한다. 도 8b 의 하부 케이스 부분 (220) 은 낮은 오염 위험을 가지는 구성요소들, 및 각각의 사용 후 개조, 재생 및/또는 오염제거되는데 유용하도록 충분한 비용의 구성요소들을 포함한다.
하부 케이스 부분 (220) 내 또는 상에 배치되는 의료 기기 (10) 의 구성요소들은 상부 케이스 부분 (210) 내 또는 상에 배치되는 의료 기기 (10) 의 관련된 구성요소들과 맞물리도록 위치결정되어서 도 8a 의 상부 케이스 부분 (210) 과 도 8b 의 하부 케이스 부분 (220) 의 조립시 이런 관련된 구성요소들의 결합을 가능하게 한다. 예를 들어, 그러나 제한 없이, 가요성 작동부 (100) 와 맞물려 이동시키는 도 8a 의 상부 케이스 부분 (210) 의 구동 어셈블리 (300) 는 또한 중간 웜 기어 (320) 를 통하여 모터 (310) 와 맞물릴 수도 있다. 모터 (310) 는, 도 8a 에 도시된 상부 케이스 부분 (210) 의 제 1 회전 구동 부재 (330a) 에 형성된 대응하는 구동 소켓 (미도시) 으로 수용되도록 위치결정된 구동 피팅 (321) 을 제어가능하게 회전시키도록 웜 기어 (320) 를 구동한다. 도 8a 및 도 8b 에 도시된 실시형태에서, 인터페이스 기기 (420) 는 의료 기기 (10) 의 케이스 (200) 가 제어 신호들, 예를 들어, 신호들을 수신할 수 있도록 하여서 구동 어셈블리 (300) 를 사용해 작동부 (100) 를 전진 또는 인출시키고 외과의 또는 운영자 (예를 들어, 제한되지 않지만, 의료 의사들, 내과의사들, 외과 기술자들, 간호사들 또는 조무사들, 수의사들 등과 같은 다른 운영자들 또는 사용자들 포함) 에 의해 사용된 주 제어기 (500; 도 9) 로부터 굽힘가능 부분 (110) 을 사용해 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에 굽힘을 부여한다.
도 9 는 도 8a 및 도 8b 의 상부 케이스 부분 (210) 및 하부 케이스 부분 (220) 의 조립에 의해 제공된 의료 기기 (10) 의 실시형태의 입면 단면도이다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 와인딩들 (116) 은 케이스 (200) 의 상부 케이스 부분 (210) 의 캐비티 (215) 내에 저장된다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 는 근위 말단 (109) 으로부터 와인딩들 (116) 을 통하여, 상부 케이스 부분 (210) 의 가이드 배럴 (211) 너머로 연장되는 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 까지 연장된다. 도 9 는, 의료 기기 (10) 의 케이스 (200) 에 대해 각각 작동부 (100) 를 제어가능하게 전진 및 인출시키도록 제 2 회전 구동 부재 (330b) 와 협동작용하는 제 1 회전 구동 부재 (330a) 의 소켓 (미도시) 과 구동 피팅 (321; 도 8b 참조) 이 맞물리는 방식으로 도시한다. 선택적으로, 상부 케이스 부분 (210) 은, 구동 어셈블리 (300) 의 제 1 회전 구동 부재 (330a) 및 제 2 회전 구동 부재 (330b) (도 8a) 를 수용하는 인접한 캐비티 (213) 로부터 작동부 (100) 의 와인딩들 (116) 을 수용하는 캐비티 (215) 를 분리하는 캐비티 벽 (214) 을 포함한다. 도 9 의 의료 기기 (10) 는, 하부 케이스 부분 (220) 에 배치되고 주 제어기 (500) 로부터 명령 신호들을 수신하고 작동부 (110) 의 굽힘가능 부분 (110) (예컨대, 도 2) 을 구부리도록 복수의 전극들 (112) (예컨대, 도 2) 을 통전하기 위해서 작동부 (100) 내에 복수의 도전성 도관들 (130) (도 2) 로 제어 전기 신호들을 발생시키는데 사용된 전기 제어기 (400) 를 추가로 포함한다. 전기 제어기 (400) 는 하부 케이스 부분 (220) 에 배치된 인터페이스 (402) 를 통하여 상부 케이스 부분 (210) 에 배치된 전류 분배기 (410) 로 전류를 릴레이한다. 전류 분배기 (410) 는 전기 제어기 (400) 와 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 사이 인터페이스이다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 근위 말단 (109) 은 전류 분배기 (410) 와 작동부 (100) 의 고정된 근위 말단 (109) 사이에 연장되는 복수의 전기 피더 와이어들 (411) 을 유지하도록 상부 케이스 부분 (210) 에 대해 고정된다. 상부 케이스 부분 (210) 의 분배기 캐비티 (216) 는, 인접한 와인딩들 (116) 에 존재할 수도 있는 오염원들로부터 피더 와이어들 (411) 및 관련된 단자들을 보호하도록 밀봉될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
도 9 의 의료 기기의 실시형태에서, 전기 제어기 (400) 로부터 도전성 도관들 (130; 예컨대, 도 2) 로 전류를 전달하는데 제공된 복수의 피더 와이어들 (411) 의 수는 복수의 도전성 도관들 (130) 의 수와 일치할 것이다. 인터페이스 소켓 (415) 은 하부 케이스 부분 (220) 의 인터페이스 (420) 와 상부 케이스 부분 (210) 의 전류 분배기 (410) 중간에 배치될 수도 있다. 일 실시형태에서, 전기 제어기 (400) 는 무선 인터페이스 기기 (405) 를 포함할 수 있고 이 기기는 전기 제어기 (400) 및 구동 어셈블리 (300) 에 전기적으로 연결되고 전기 제어기 (400) 및 구동 어셈블리 (300) 가 주 제어기 (500) 와 무선으로 통신할 수 있도록 한다.
도 10 은 도 8a 및 도 8b 에 도시된 의료 기기 (10) 의 실시형태를 사용해 환자의 신체에 대한 수술을 수행하는 방법 (600) 의 단계들을 보여주는 흐름도이다. 방법 (600) 은, 케이스 (200) 를 형성하도록 상부 케이스 부분 (210) 과 하부 케이스 부분 (220) 을 조립하는 단계 (610), 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 을 신체의 루멘으로 도입하는 단계 (620), 구동 어셈블리 (300) 를 사용해 환자의 루멘으로 작동부 (100) 를 앞으로 연장하는 단계 (630), 이미징 기기를 사용해 작동부 (100) 가 배치되는 루멘 또는 신체의 통로의 분지형 또는 굽힘 경로들을 검출하는 단계 (640), 이미징 기기를 사용해 관찰된 분지형 또는 굽힘 경로들을 통하여 원하는 방향으로 작동부 (100) 를 조종하도록 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 굽힘가능 부분 (110) 을 구부리는 단계 (650), 및 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 으로 수술 부위에 도달하는 단계 (660) 를 포함한다.
의학에 공지된 종래의 기술들 및 방법들은 상기 방법들 및 의료 기기 (10) 와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 그러나 제한 없이, 도 10 의 단계 (640) 는, 외과의가 작동부 (10) 가 도입되는 신체의 루멘의 "분지형 및 굽힘 경로들을 검출" 하도록 요구한다. 보다 구체적으로, 의료 기기 (10) 를 사용해 도 10 의 방법을 수행하는 외과의 또는 운영자는, 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 이 앞으로 밀리는 신체 내 루멘 또는 신체의 통로 (경로) 의 이미지들을, 라디오그래피, 자기 공명 이미징, 초음파, 엘라스토그래피, 촉각 이미징, 광음향 이미징, 단층 촬영 및 다른 이미징 기술들 및 기기들을 사용해 볼 수 있다. 이미징 기기는 환자와 룸에 존재할 수 있고 이미징 기기의 출력은, 가까운 곳에 있는 외과의를 위해, 하드와이어드 연결을 사용해, 그리고 원격 위치한 외과의 또는 운영자를 위해, 제한되지 않지만, 인터넷 또는 무선 통신과 같은 통신을 사용해 외과의 또는 운영자에게 전기적으로 전송될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 11 은 의료 기기 (10) 의 실시형태를 제어하고, 보다 구체적으로 의료 기기 (10) (예컨대, 마이크로-카테테르 또는 가이드와이어) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 굽힘가능 부분 (110) 에 굽힘을 부여하는 방법 (601) 을 보여주는 흐름도이다. 또한 도 2 및 도 9 를 참조하면, 방법 (601) 은 무선 인터페이스 기기 (405) 를 통하여 전기 제어기 (400) 에 의해 수신될 조작 신호를 주 제어기 (500) 를 사용해 발생시키는 단계 (641), 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 원하는 굽힘 방향 및 크기를 얻기 위해서 복수의 전극들 (112) 중 하나 이상에 적용될 전기 신호들을 결정하도록 전기 제어기 (400) 를 사용하는 단계 (642), 및 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 원하는 운동을 얻기 위해서 도전성 도관들 (130) 을 통하여 복수의 전극들 (112) 중 하나 이상으로 안내될 결정된 전기 신호들을 적용하는 단계 (643) 를 포함한다.
도 12 는 작동부 (100) 및 케이스 (200) 를 포함하는 의료 기기 (10; 예컨대, 도 1) 의 대안적 실시형태를 위한 제어 시스템 구조를 도시한 도 6 의 블록도의 변형예이다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 작동부 (100) 는 굽힘가능 부분 (110) 및 세장형의, 가요성 부분 (101) 을 포함한다. 케이스 (200) 는 구동 어셈블리 (300) 및 전기 제어기 (400) 를 포함하고, 센싱 부재 (117) 를 추가로 포함한다. 센싱 부재 (117) 는, 복수의 전극들 (112) 각각에서 전기 신호 변화를 감지하도록 굽힘가능 부분 (110) 의 복수의 전극들 (112) 에 전기적으로 연결되는 굽힘가능 부분 센서이다. 보다 구체적으로, 센싱 부재 (117) 는 복수의 전극들 (112) 각각에서 퍼텐셜 변화를 모니터링하도록 복수의 전극들 (112) 각각에 개별적으로 전기 연결된다. 그러므로, 센싱 부재 (117) 는 시간의 경과에 따른 복수의 전극들 (112) 각각에서 퍼텐셜 변화를 기반으로 굽힘가능 부분 (110) 의 변형 또는 그것의 부재를 검출한다.
예를 들어, 그러나 제한 없이, 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 및 세장형의, 가요성 부분 (120) 이 케이스 (200) 의 구동 어셈블리 (300) 를 사용해 앞으로 전진함에 따라, 센싱 부재 (117) 는 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 이 전진하는 루멘 또는 신체의 통로가 차단되는지 여부 또는 작동부 (100) 의 전진 운동을 막거나 손상시키기에 충분한 루멘 또는 신체의 통로 내에 굽힘 또는 장애물이 있는지 여부를 검출한다. 또한, 전기 신호가 전기 제어기 (400) 에 의해 복수의 전극들 (112) 각각에 적용되기 때문에, 전기 신호에 대한 피드백을 복수의 전극들 (112) 각각에서 받아들이고 그 피드백을 복수의 전극들 (112) 각각에 할당된 전기 신호들과 비교함으로써, 전기 제어기 (400) 에 의해 발생된 복수의 전기 신호들에 대응하는 의도된 굽힘 변형이 발생했는지 여부를 센싱 부재 (117) 가 결정할 수도 있다.
센싱 부재 (117) 는 각각의 전극들 (112) 로 전기 신호들을 공급하는 각각의 도전성 도관들 (130) 에 전기적으로 연결된다. 통전된 전극 (112) 에 전달된 전기 신호의 특징 및 성질이 통전된 전극 (112) 에 인접하여 배치된 폴리머 전해질 층 (139) 에 부여된 손상되지 않은 변형을 결정할 때, 폴리머 전해질 층 (139) 의 실제 변형은 폴리머 전해질 층 (139) 에 작용하는 외력의 방향 및 크기를 결정하기 위해서 인접한 전극들로 전달된 전기 신호와 비교될 수 있음을 이해할 것이다.
도 13 은 의료 기기 (10) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 폴리머 전해질 층 (139) 에 적용된 전류의 시간의 경과에 따른 변화를 도시한 그래프이다. 도 13 은 센싱 부재 (117) 를 사용해 모니터링된 전극 (112) 에서 발생하는 전기 신호의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 13 의 실선은 복수의 전극들 (112) 중 어느 하나에서 감지된 전기 신호의 값을 나타낸다. 도 13 의 점선은, 주 제어기 (500) 로부터 입력 신호 및 전기 제어기 (400) 를 사용해 결정될 때 원하는 방향과 원하는 크기로 굽힘을 발생시키도록 전극 (112) 에 적용되는 전기 신호의 값을 나타낸다.
센싱 부재 (117) 에 의해 감지된 전극 퍼텐셜의 변화는, 굽힘 제어를 위한 전기 제어기 (400) 에 의해 복수의 전극들 (112) 에 적용된 전기 신호에 의해, 그리고 외력에 의해 유발된다. 그러므로, 센싱 부재 (117) 는, 전기 제어기 (400) 가 굽힘 제어를 수행하는 방법을 고려함으로써 굽힘가능 부분 (110) 에 적용된 외력의 존재, 방향 및 크기를 결정하는데 사용될 수도 있다. 도 13 에 도시된 대로, 전기 신호는 t1 로 지정된 시간에서 전극 (112) 에 적용된다. 결과적으로, 센싱 부재 (117) 에 의해 감지된 전기 신호의 값은 시간 t1 에서 급격하게 증가한다. 따라서, 센싱 부재 (117) 는 감지된 값과 ΔVth, 전기 제어기 (400) 에 의해 적용된 값 사이 전기 신호 차이, 또는 ΔV 를 기반으로 굽힘가능 부분 (110) 에 적용될 수도 있는 임의의 외력의 방향 및 크기를 결정할 수도 있다.
센싱 부재 (117) 는, 감지된 값과 주 제어기 (500) 에 의해 적용된 값 사이 차이가 미리 설정된 한계값, ΔVth 를 초과하는지 아닌지 여부에 따라 적용된 외력의 방향 및/또는 크기를 결정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 원위 말단 (102) 이 루멘 벽과 접촉할 때 또는 그것이 루멘 또는 신체의 통로를 따라 앞으로 밀리면서 슬라이딩 마찰될 때 작동부 (100) 는 소량의 외력을 부여받을 수도 있다. 그러므로, 작동부 (100) 의 루멘 내 이동 중 예상된 소량의 외력을 허용하고 한계값을 기반으로 외력 적용 여부를 결정함으로써 더 큰 크기의 외력의 적용을 검출할 수 있다.
도 13 은 동일한 규모의 변형으로 인해 전극에서 감지된 값과 구부릴 때 전극에 적용된 값을 보여주지만, 이것은 설명의 용이함을 위한 것이고 이 값들은 설치 위치와 와이어 특징에 따라 실제 상황에서는 달라질 수도 있다. 이 경우에, 와이어 특징에 적합한 계산 방법을 사용해, 구부릴 때 적용된 값을 기반으로 외력의 적용이 결정될 수 있다.
이런 예시적인 실시형태에서, 굽힘가능 부분 (110) 에 외력 감지 전극들을 부가하지 않고, 굽힘 제어를 위해 사용된 복수의 4 개의 전극들 (112) 을 사용함으로써 외력이 감지된다. 하지만, 이것은 단지 예시이고, 외력은 다양한 구조들을 사용해 감지될 수 있다.
도 14 는 의료 기기 (10) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 에 복수의 전극들 (112) 의 대안적 분배를 도시한 횡단면도이다. 도 14 에 도시된 굽힘가능 부분 (110) 의 8 개의 전극들의 배열은 전기 제어기 (400) (미도시) 에 의해 발생된 전기 신호들에 응답하기 위한 4 개의 (모티브) 전극들 (112), 및 8 개의 전극들이 함께 배치되는 굽힘가능 부분 (110) 의 변형을 감지하기 위한 부가적 4 개의 감지 전극들 (112e) 을 포함한다. 도 14 의 굽힘가능 부분 (110) 의 실시형태는 전극들 (112, 112e) 을 배치하기 위한 외벽 (137) 을 가지는 폴리머 전해질 층 (139) 을 포함한다.
도 15 는 의료 기기 (10) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 에 대한 대안적 구성의 횡단면도이다. 도 15 는 전극들 (112) 을 배치하기 위한 외벽 (137) 을 갖는 폴리머 전해질 층 (139) 을 도시한다. 각각의 인접한 쌍의 전극들 (112) 의 원주 방향으로 중간에 스트레인 게이지 (114) 가 있고 이 스트레인 게이지는, 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 가 전진되는 루멘 또는 신체의 통로와 물리적 상호작용의 결과로서 굽힘가능 부분 (110) 에 적용된 외력 및 하나 이상의 통전된 전극들 (112) 에 인접하여 배치된 폴리머 전해질 층 (139) 의 변형에 의해 인가된 내력의 결과로서 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 에 적용된 스트레인을 측정한다.
도 16 은 의료 기기 (10) 의 실시형태의 성능을 모니터링하는데 센싱 부재를 사용하고 의료 기기의 실시형태의 성능에 대한 외력의 영향을 결정하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 센싱 부재 (117) 는 굽힘가능 부분 (110) 의 복수의 전극들 (112) 에서 감지된 전기 신호의 변화를 연속적으로 모니터링하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전기 신호의 감지된 값은 복수의 전극들 (112) 각각의 퍼텐셜일 수도 있다.
센싱 부재 (117) 는 사용자가 구부림으로써 유도된 전기 신호 변화를 모니터링할 수도 있다. 즉, 센싱 부재 (117) 는 전기 제어기 (400) 또는 주 제어기 (500) 로부터 사용자의 굽힘에 대한 정보를 수신하고 센싱 부재 (117) 는 그 후 굽힘가능 부분 (110) 의 굽힘에 의해 유도된 전기 신호들의 변화를 모니터링한다. 그 후, 센싱 부재 (117) 는 내력 및 외력 양자로 인한 실제 굽힘에 의해 유도되는 전기 신호의 변화를 모니터링하고 전기 신호의 그런 변화를 의도된 굽힘을 나타내는 격리된 전기 신호와 비교한다.
(굽힘에 의해 유도된 변화를 제외한) 신호 변화가 모니터링 중 감지될 때, 센싱 부재 (117) 는 그 변화가 미리 설정된 한계값을 초과하는지 아닌지 결정하고, 초과한다면, 외력이 인가되는 것으로 결정한다. 또한, 이 단계에서, 외력의 방향 또는 외력의 양은 전극들 (112) 에서 변화에 대한 정보를 조합하여 계산될 수도 있다.
일단 외력의 인가를 검출하면, 사용자에게 이것을 알리는 단계가 수행된다. 이 예시적인 실시형태에서, 센싱 부재 (117) 는 외력 발생 신호를 주 제어기 (500) 로 송신할 수도 있고, 주 제어기 (500) 를 통하여 사용자에게 알람 메시지, 알람 음, 또는 햅틱 피드백을 발생시킬 수도 있다. 이 경우에, 센싱 부재 (117) 는, 주 제어기 (500) 를 통하여, 굽힘가능 부분 (110) 에 인가되는 외력의 방향 및 크기를 모두 사용자에게 알릴 수도 있고 따라서 외력의 발생뿐만 아니라 작동부 (100) 와 맞물리는 장애물 너머로 전진시키기 위해 굽힘가능 부분 (110) 을 조작하는 방법을 사용자가 결정할 수 있게 한다. 작동부 (100) 가 과도한 힘으로 루멘 또는 신체의 통로를 통하여 전진된다면, 접촉된 신체 조직들에 대한 손상이 발생할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 으로 외력 인가를 검출할 수 있는 능력은 사용자가 주 제어기 (500) 를 통하여 구동 어셈블리 (300) 를 비활성화시키거나 속도를 늦출 수 있게 한다.
도 1, 도 8a, 도 8b 및 도 9 에 도시된 의료 기기 (10) 의 실시형태들은 도 8a 에 도시된 상부 케이스 부분 (210) 의 제 1 회전 구동 부재 (330a) 에 형성된 대응하는 구동 소켓 (도 8a 에 미도시) 으로 수용되도록 위치결정된 모터 (310), 중간 웜 기어 (320) 및 구동 피팅 (321) 을 포함하는 구동 어셈블리 (300) 를 포함한다. 도 8b 에 도시된 제 1 회전 구동 부재 (330a) 및 제 2 회전 구동 부재 (330b) 는 그것에 의해 맞물린 이런 구동 구성요소들과 작동부 (100) 사이 표면 접촉량이 제한된다는 점을 이해할 것이다. 한편으로는, 도 8b 에 도시된 제 1 회전 구동 부재 (330a) 와 제 2 회전 구동 부재 (330b), 다른 한편으로는 작동부 (100) 사이 제한된 양의 표면 접촉 결과로서, 작동부 (100) 와 제 1 회전 구동 부재 (330a) 와 제 2 회전 구동 부재 (330b) 사이 결과적으로 생성된 마찰력이 또한 제한된다. 루멘 또는 신체의 통로 안으로 또는 그것을 통한 작동부 (100) 의 이동 및 전진에 대한 저항이 충분히 높다면, 신체에 계획된 수술을 수행하기 위해 원하는 위치로 작동부 (100) 를 원활하게 그리고 제어가능하게 이동시키는 것이 어려워질 수도 있다.
도 17 은 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 를 제어가능하게 전진 및 인출하기 위한 의료 기기 (10) 의 케이스 (201) 부분의 대안적 실시형태를 도시한다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 도 17 에 도시된 의료 기기 (10) 의 실시형태의 케이스 (201) 는 구동 부재들 (431a, 432a) 과 작동부 (100) 사이에 증가된 접촉 면적을 제공하여서, 결과적으로 이동에 대한 저항에 맞서 작동부 (100) 를 이동시키기 위한 증가된 마찰력을 제공하는 구동 어셈블리 (300) 를 포함한다. 도 17 의 케이스 (201) 의 구동 어셈블리 (300) 는 가이드 배럴 (411), 모터 (310a), 하나 이상의 중간 웜 기어들 (320a) 을 포함하고, 구동 어셈블리 (300) 는 하나 이상의 웜 기어들 (320a) 을 통하여 작동하는 모터 (310a) 에 의해 운전된다. 도 8a 및 도 8b 에 도시된 케이스 (200) 처럼, 도 17 의 케이스 (201) 는 케이스 상부 부분 (211), 및 케이스 상부 부분 (211) 과 맞물려 결합되도록 되어 있는 케이스 하부 부분 (221) 을 포함한다. 모터 (310a) 와 하나 이상의 웜 기어들 (320a) 은 케이스 상부 부분 (211) 에 배치되고 웜 기어 (320a) 는 구동 어셈블리 (300) 의 일부분인 구동 샤프트 (432) 에서 반대 모양의 소켓 (도 17 에 미도시) 과 맞물리게 웜 기어 (320a) 의 바닥에 배치된 구동 피팅 (도 17 에 미도시) 을 배치하도록 위치결정된다. 구동 어셈블리 (300) 는, 작동부 (100) 가 케이스 하부 부분 (221) 을 통하여 이동하는 케이스 하부 부분 (221) 을 통과하는 경로의 양측에 서로 대향하여 위치결정되는 한 쌍의 구동 스풀들 (431a, 432a) 을 포함한다. 구동 스풀 (431a) 은 제 1 벨트 (433) 를 통하여 보조 스풀 (431b) 에 결합되고 구동 스풀 (432a) 은 제 2 벨트 (434) (도 17 에 미도시 - 도 18 참조) 를 통하여 보조 스풀 (432b) (도 17 에 미도시 - 도 18 참조) 에 결합된다. 작동부 (100) 는 벨트들 (433, 434) 중간으로 통과하고 벨트들 (433, 434) 양자에 의해 맞물린다. 작동부 (100) 는 구동 스풀들 (431a, 432a) 을 구동하도록 모터 (310a) 를 작동함으로써 제어가능하게 화살표 (439) 의 방향으로 앞으로 밀리거나 (화살표 (439) 의 반대 방향으로) 인출된다. 벨트들 (433, 434) 과 작동부 (100) 사이 접촉 면적은, 도 8a 의 의료 기기 (10) 의 케이스 (200) 의 구동 어셈블리 (300) 의 제 1 회전 구동 부재 (330a) 와 제 2 회전 구동 부재 (330b) 사이 접촉 면적과 비교했을 때 도 17 에 도시된 의료 기기 (10) 의 케이스 (201) 의 구동 어셈블리 (300) 보다 실질적으로 더 큰 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 한편으로는 벨트들 (433, 434), 다른 한편으로는 메이팅 구동 스풀들 (431a, 432a) 이 작동부 (100) 와 논슬립 맞물림을 촉진하도록 일련의 그루브들 (또는 다른 리세스들) 및/또는 리지들 (또는 다른 돌기들) 을 각각 포함할 수도 있다. 선택적으로, 한 쌍의 웜 기어들 (320a) 은 모터 (310a) 로부터 구동 스풀들 (431a, 431b) 로 토크를 균등하게 분배하도록 모터 샤프트 (409) 의 양측에 배치될 수도 있다. 선택적으로, 텐셔너들 (431c) 은 벨트들 (433, 434) 에서 적절한 장력의 조절 및 유지를 가능하게 하도록 제공될 수도 있다. 선택적으로, 구동 스풀들 (431a, 431b) 은 제어성을 개선하고 미끄러짐을 방지하도록 벨트들 (433, 434) 과 작동부 (100) 사이 논슬립 마찰 맞물림을 보장하기 위해서 작동부 (100) 와 맞물리도록 함께 바이어싱될 수도 있다. 선택적으로, 도 18 에서 볼 수 있듯이, 구동 스풀들 (431a, 431b) 중 하나는 동일한 목적을 위해 작동부 (100) 와 맞물리도록 바이어싱될 수도 있다.
도 18 은, 내부의 구성요소들의 위치들을 드러내기 위해서 가이드 배럴 (411) 이 제거된, 도 17 의 대안적 케이스 (201) 의 사시도이다. 구동 스풀들 (431a, 431b) 은, 그것들이 도 17 의 실시형태에서 하는 것처럼, 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 를 가로지르는 것으로 도시된다. 부가적으로, 도 18 의 의료 기기 (10) 의 케이스 (201) 의 실시형태는 슬롯 (435) 에 의해 허용되는 바와 같이 이동하도록 케이스 (201) 에 배치된 텐셔너 (437b) 를 포함한다. 도 18 에 도시된 텐셔너 (437b) 는, 벨트 (434) 를 구동 스풀 (431b) 과 논슬립 맞물림 상태로 유지하기 위해서 텐셔너 (437b) 를 벨트 (434) 와 맞물린 상태로 유지하는 하나 이상의 스프링들 (438) 을 사용해 벨트 (434) 와 맞물리게 바이어싱된 것으로 도시되어 있다.
도 19 는 의료 기기 (10) 의 이 실시형태의 작동부 (100) 의 내부의 세부들을 드러내기 위해서 외부 부재 (150) 의 섹션이 제거된 의료 기기 (10) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 사시도이다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 외부 부재 (150) 는 도 19 의 우측에는 나타나 있지만 내부 부재 (120) 를 포함한 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 및 폴리머 전해질 층 (139) 둘레에 원주 방향으로 분배된 전극들 (112) 을 드러내기 위해서 도 19 의 좌측에서 제거된다. 각각의 전극 (112) 은 작동하여 폴리머 전해질 층 (139) 을 구부리도록 하나 이상의 선택된 전극(들) (112) 에 통전 전기 신호를 전달하는 도전성 도관 (130) 에 연결된다. 도 19 는 개선된 제어 및 조종성을 위해 작동부 (100) 의 비틀림 변형에 대한 강화된 저항과 축선방향 압축에 대한 강화된 저항 및 구조적 강성을 제공하도록 내부 부재 (120) 와 외부 부재 (150) 의 반경방향으로 중간에 브레이드되거나 권취되는 와이어 또는 필라멘트를 포함하는 보강 메시 (121) 를 또한 보여준다. 보강 메시 (121) 의 구조는 달라질 수도 있음을 이해할 것이다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 다른 실시형태들은 브레이드들 또는 메시와 달리 보강 와이어 (미도시) 의 원형 코일들을 포함할 수도 있다. 보강 메시 (121) 의 재료는, 스테인리스 강, 텅스텐 또는 나일론을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 일 실시형태에서, 전기 신호들이 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 으로 전달되는 도전성 도관들 (130) 은 다른 것들 중에서 대한민국, 경기도 소재의 MK Electron Co., Ltd. 로부터 입수가능한 복수의 매우 가는 와이어들을 포함한다. 이런 와이어들은 25 ㎛, 또는 15 ㎛ 이하의 직경을 가질 수도 있고, 높은 화학적 안정성을 발휘하는 금, 금-은 합금 또는 다른 고 전도성 금속들을 포함할 수도 있다. 이런 와이어들은 절연 매체에 매립될 수도 있고 다층 브레이드된 구성을 가질 수도 있다.
도 20 은 의료 기기 (10) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 실시형태의 횡단면도이다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 세장형의, 가요성 부분 (101) 이 내부 부재 (120) 와 보강 메시 (121) 를 포함한다는 점이 이해될 것이다. 절연층 (133) 은 누전을 방지하도록 보강 메시 (121) 를 도전성 도관들 (130) 로부터 격리시키도록 보강 메시 둘레에 배치된다. 도 20 에 도시된 대로 도전성 도관들 (130) 은 횡단면이 원형이고 외부 부재 (150) 와 보강 메시 (121) 사이 절연층 (133) 내에 규정된 공간 내에 형성된다. 도 20 에 도시된 세장형의, 가요성 부분 (101) 은, 도전성 도관들 (130) 을 외부 부재 (150) 로부터, 또한 보강 메시 (121) 로부터 추가로 절연하도록 절연 코팅 (134) 을 추가로 포함한다.
도 21 은 내부 부재 (120), 보강 메시 (121) 및 도전성 도관들 (130) 을 가지는 의료 기기 (10) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 대안적 실시형태의 횡단면도이다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 도 21 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 은, 도전성 도관들 (130) 및 각각의 도전성 도관 (130) 둘레의 하나 이상의 루멘들 (135) 이 함께 외부 부재 (150) 의 재료 내에 캡슐화되거나 둘러싸여 있는 것을 보여준다. 여기에서 루멘들 (135) 은 외부 부재 (150) 내에 종방향으로 배치될 수도 있다. 각각의 루멘 (135) 은 외부 부재 (150) 와 외벽 (135b) 을 통과하는 내부 공간 (135a) 을 규정한다. 각각의 도전성 도관 (130) 은 각각의 루멘 (135) 의 각각의 내부 공간을 통하여 대응하게 배치될 수도 있어서, 각각의 도전성 도관 (130) 은 누전을 방지하도록 각각의 루멘 (135) 의 외벽 (135b) 에 의해 절연될 수 있다.
도 22 는 내부 부재 (120), 보강 메시 (121) 및 외부 부재 (150) 를 가지는 의료 기기 (10) 의 실시형태의 작동부 (100) 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 대안적 실시형태의 횡단면도이다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 도 22 의 세장형의, 가요성 부분 (101) 은 도전성 도관들 (130) 을 보강 메시 (121) 로부터 추가로 절연하기 위해서 보강 메시 (121) 를 포위하는 관형 절연 부재 (127) 를 추가로 포함한다.
도 23 은 작동부 (100) 및 케이스 (200) 를 포함하는 의료 기기 (10) 의 대안적 실시형태를 위한 제어 시스템 (502) 을 도시한 도 6 및 도 12 의 블록도들의 변형예이다. 도 23 은 환자의 신체의 루멘 또는 통로 내에 도입된 작동부 (100) 를 가지는 의료 기기 (10) 를 원격으로 제어하기 위한 시스템을 도시한다. 여기에서, 의료 기기 (10) 는 내부 보어 (140) 를 갖는 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b) 이거나 내부 보어 (140) 를 갖지 않는 가이드와이어 (예컨대, 도 29) 일 수도 있다. 시스템 (502) 은 원격 주 제어기 (500) 와 원격으로 통신하는 로컬 통신 부재 (501) 를 포함한다. 외과의, 운영자 또는 사용자는, 작동부 (100), 의료 기기의 케이스 (200) 내 구동 어셈블리 (300), 및 전기 신호들을 굽힘가능 부분 (110) 으로 운반하는 도전성 도관들 (130) 을 포함하는 의료 기기 (10) 를 원격으로 작동하도록 주 제어기 (500) 를 사용한다. 도 23 은, 외과의, 운영자 또는 사용자가 주 제어기 (500) 및 로컬 통신 부재 (501) 를 사용해 원격 로케이션으로부터 의료 기기 (10) 를 원격으로 제어할 수도 있고, 주 제어기 (500) 와 로컬 통신 부재 (501) 가 전화 시스템들, 블루투스, 무선 802.11 통신부 및/또는 인터넷을 통하여 통신할 수도 있음을 보여준다.
의료 기기 (10) 의 대안적 실시형태에서, 도전성 도관들 (130) 은, 도 24 와 관련하여 검토한 대로, 내부 부재 (120) 의 반경방향 외부면 (122) 에 매립된다.
도 24 는 도 5 의 일부분의 확대도이고 내부 부재 (120) 의 외부면 (122) 으로 형성된 복수의 4 개의 평행하고 이격된 채널들 (123, 124, 125, 126) 내에 배치된 복수의 4 개의 도전성 도관들 (130a, 130b, 130c, 130d) 을 도시한다. 4 개의 도전성 도관들 (130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 각 쌍의 인접한 채널들 (123, 124, 125, 126) 중간에 배치된 외부면 (122) 의 배리어 부분들 (129) 에 의해 서로 격리되는 것을 이해할 것이다.
도 2 내지 도 5 및 도 7 은 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 실시형태들을 도시하지만, 다른 실시형태들이 제작하기에 더 용이할 수도 있고 또는 신체 내 목표 로케이션에 루멘 내 의료 기기 (10) 를 조작 및 조종하기 위해서 발생된 전기 신호들에 대한 개선된 반응성을 제공할 수도 있음을 이해할 것이다. 하기 논의는 부가적 이점들을 제공하는 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 의 실시형태에 관련된다.
도 25 는 의료 기기 (10; 예컨대, 마이크로-카테테르) 의 대안적 실시형태의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (100) 에 포함되는 대안적 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 확대 사시도이다. 도 25 는 폴리머 전해질 층 (139) 의 외벽 (137) 둘레에 원주 방향으로 분배된 복수의 전극들 (112) 을 가지는 굽힘가능 부분 (110) 을 도시한다. 도 25 의 전극들 (112) 은 각각 전원 (도 25 에서 미도시) 으로부터 전극들 (112) 로 하나 이상의 전기 신호들을 전송하기 위해 도전성 도관 (130) 에 결합된다. 도 25 의 굽힘가능 부분 (110) 은, 인접한 쌍들의 전극들 (112) 중간에 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 외벽 (137) 보다 (이완된 조건에서) 굽힘가능 부분 (110) 의 축선 (141) 으로부터 반경방향으로 더 연장될 수도 있는 전극들 (112) 을 포함한다. 도 25 에 도시된 굽힘가능 부분 (110) 의 구성은, 이하 상세히 검토되는, 굽힘가능 부분 (110) 을 제조하기 위한 방법의 결과이다.
도 25 에 도시된 굽힘가능 부분 (110) 의 대안적 실시형태는, 미국, 델라웨어주, 윌밍턴 소재의 The Chemours Company 로부터 입수가능한, Nafion® 과 같은, 폴리머로부터 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 을 형성함으로써 제조된다. 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 외벽 (137) 은, 예를 들어, 샌드페이퍼와 같은 연마재를 사용해 또는 예를 들어, 샌드블래스팅과 같은 연마 프로세스에 의해 외벽 (137) 을 조면화한 (roughen) 후, 뒤이어 예를 들어, 과산화수소 (H2O2) 용액 및/또는 황산 (H2S04) 용액과 같은 환원제 및 탈이온수를 사용해 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 조면화된 외벽 (137) 을 세정함으로써 프리-컨디셔닝된다. 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 현재 조면화되고 세정된 외벽 (137) 은 그 후, 예를 들어, 백금과 같은 전도성 금속으로 성막 도금된다. 기판에 고체 코팅 또는 층을 성막하는 통상의 방법들이 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 방법의 일 실시형태에서, 무전해 화학 성막 프로세스는 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 조면화 및 세정된 외벽 (137) 에 백금을 성막하는데 사용된다. 조면화 및 세정된 관형 이온성 전기 활성 폴리머 (139A) 는, 약 68 ℉ (20 ℃) 에서 몇 시간 동안, 예를 들어, [Pt(NH3)4]Cl2 를 포함한 용액과 같은 백금 착염 용액에 함침된다. 그 함침 단계 후, 예를 들어, 수소화붕소나트륨 (NaBH4) 과 같은 환원제를 함유한 수용액을 사용하는 환원 프로세스가 뒤따르고, 그동안 폴리머 중 백금 이온은 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 외벽 (137) 에서 금속 형태로 화학적으로 환원된다.
예를 들어, 황산과 같은 환원제 및 탈이온수로 부가적 세정 후, 현재 백금 코팅된 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 외벽 (137) 은 종래의 전기 화학 성막 프로세스를 사용해 금 (Au) 의 얇은 층으로 추가 도금될 수도 있어서, 결국 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 외벽 (137) 에 형성될 현재 분할되지 않은 금속 전극들 (112) 의 두께 및 도전율을 증가시킨다. 금 성막 프로세스들 후, 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 원주 방향 연속형 슬리브 형상의 백금 및 금 코팅된 외벽 (137) 은 마이크로 기계가공 프로세스를 사용해 4 개의 원주 방향으로 분배 및 격리된 금속 전극들 (112) 로 분할될 수 있다. 보다 구체적으로, 마이크로 엔드 밀 도구를 구비한 컴퓨터 제어된 밀링 기계는 백금-금 재료의 얇은 층, 선택적으로, 예를 들어, 이십 ~ 사십 (20 ~ 40) 미크론의 깊이에서 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 하부 외벽 (137) 의 작은 부분을 기계적으로 제거하는데 사용될 수도 있다. 도 25 에서, 복수의 밀링된 그루브들 (136) 은, 이전의 원주 방향 연속 백금-금 전극이 복수의 금속 전극들 (112) 로 분할되었고, 각각은 도전성 도관 (130) 에 결합되는 경우를 나타낸다. 도 25 는 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 외벽 (137) 에서 90° 로 떨어진 4 개의 동일한 크기와 원주 방향으로 분배된 금속 전극들 (112) 을 도시한다. 도 25 에 도시된 굽힘가능 부분 (110) 은 작동을 제공하도록 도관들 (130) 을 통해 금속 전극들 (112) 로 통전 전기 신호들을 선택적으로 도입함으로써 조작될 수 있다. 최종 단계에서, 분할된 백금-금 전극들 (112) 을 구비한 완성된 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 은 세정되고 예를 들어, 염화 리튬과 같은 금속 염 용액에 침지함으로써 (전형적으로 리튬 이온을 사용해) 원하는 양이온 형태로 이온 교환된다. 이런 최종 침지 프로세스 동안, 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에서 수소 이온 (H+) 은 리튬 이온 (Li+) 과 교환된다.
관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 탄소 기반 전극들 (112) 을 배치하는 방법의 실시형태가 또한 제공된다. 일 실시예에서, 예컨대 도 25 에 도시된 굽힘가능 부분 (110) 은 리플로우 프로세스를 사용해 Nafion® 과 같은 폴리머로부터 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 탄소 기반 전극들 (112) 을 형성함으로써 제조된다. 리플로우 프로세스에 의한 전극 통합은 고온 처리를 수반하므로, 본원에서 이하 제공된 예시적인 실시예는 이온성 액체와 같은 열적으로 안정적이고 비휘발성인 전해질과 적용가능한 습식 조립 방법이다.
이 예시적인 실시예에서, 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 은 그것의 외벽 (137) 을 연마재 (예컨대, 샌드페이퍼) 를 사용해 또는 연마 프로세스 (예컨대, 샌드블래스팅) 에 의해 조면화하고, 그 후 이에 제한되지 않지만, 환원제, 예를 들어, 과산화수소 (H2O2) 용액 및/또는 황산 (H2S04) 용액, 및 탈이온수를 사용해 세정함으로써 프리컨디셔닝된다. 조면화되고 세정된 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 은 탄소 기반 전도성 분말, 예로 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 에어로겔, 그래핀, 또는 이들의 조합물로 추가로 성막 도금된다.
이런 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 전해질은, 습기를 제거하기 위해서 몇 시간 동안 약 100 ~ 약 140 ℃ 에서 진공 (30 Hg) 하에 먼저 건조된 세정된 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 혼입된다. 그 후, 건조된 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 은, 몇 시간 동안 상승된 온도에서 각각의 이온성 액체에 침지함으로써 이온성 액체 (예로, EMI-BF4 또는 EMI-TFSI 가 있지만, 이에 제한되지 않음) 로 함침된다.
이런 예시적인 실시예에서, 이온성 액체 함침된 후, 탄소 기반 전극들 (112) 의 층은 다음과 같이 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 직접 제조된다. 카바이드 유래 탄소의 전도성 분말 재료 (또는 다른 탄소 동소체 (예컨대, 탄소 나노튜브, 탄소 에어로겔, 그래핀) 또는 이들의 혼합물이 있지만, 이에 제한되지 않음) 가 이소프로판올 (등) 의 휘발성 용매에 분산된다. 대안적인 실시형태에서, 전도성 분말은 전이 금속 산화물 분말 (예로, Mn02 또는 RUO2) 또는 금속 분말 (예로, Pt 또는 Au) 과 같은 필러들을 추가로 포함할 수도 있다. 알콜 (또는 PVDF) 중 이온성 폴리머 (Nafion) 분산액은 바인더용 전술한 전도성 분말 분산액에 추가로 첨가된다. 혼합물은 초음파 욕에서 처리에 의해 균질화된다. 제조된 전도성 분말 분산액은 그 후 탄소 기반 전극 (112) 층을 형성하도록 종래의 브러시 또는 스프레이 코팅 기술을 사용해 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 직접 적용된다. 원하는 두께의 탄소 기반 전극 (112) 층을 달성한 후 휘발성 용매는 온화한 가열 프로세스에 의해 증발된다.
획득된 탄소 기반 전극 (112) 층의 도전율은 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 위한 적절한 전기 기계적 기능성을 보장하기에 종종 부적합하다. 이런 예시적인 실시예에서, 획득된 탄소 기반 전극 (112) 층의 도전율은 획득된 층의 표면에 Au 마이크로와이어를 추가로 부착함으로써 또는 획득된 층에 Au 와이어를 매립함으로써 증가될 수도 있다. 부가적으로, 50 ~ 150 ㎚ 의 두께를 갖는 Au 포일은 고 전도성 전류 컬렉터로서 역할을 하도록 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 둘레에 롤링될 수도 있다.
그 후, 이런 예시적인 실시예에서, 탄소 기반 전극 (112) 층은 리플로우 프로세스에 의해 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 과 일체화된다. 이 프로세스에서, 플루오르화 에틸렌-프로필렌 (FEP) 과 같은 열 수축 폴리머 튜브가 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 끼워지고 열 수축 재료의 회복 온도까지 가열된다. 열 수축 튜브에 의한 공급된 열 및 인가된 압축 하중은 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 으로부터 이온성 폴리머의 리플로우를 유발할 수도 있어서, 탄소 기반 전극 (112) 층과 Au 포일은 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 과 열적으로 본딩된다. 이 리플로우 프로세스 후, 열 수축 튜브가 제거되고 탄소 기반 전극 (112) 층은 마이크로 기계가공 프로세스를 사용해 4 개의 격리된 탄소 기반 전극 섹터들 (112) 로 분할되고, 여기에서 마이크로 엔드 밀 도구를 구비한 컴퓨터 제어된 밀링 기계는 30 ~ 50 미크론의 깊이에서 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 과 탄소-Au 복합체의 얇은 층을 기계적으로 제거하는데 사용된다. 이 프로세스는 2 자유도 작동을 달성하기 위해서 전력에 의해 독립적으로 제어될 수 있는 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에서 90° 마다 4 개의 동일한 크기의 탄소 기반 전극 섹터들 (112) 을 형성한다.
다른 실시예에서, 예컨대, 도 25 에 도시된 굽힘가능 부분 (110) 은 리플로우 프로세스를 사용해 Nafion® 과 같은 폴리머로부터 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 탄소 기반 전극들 (112) 을 형성하여 제조된다. 이 실시예는 휘발성 (예로, 수성) 전해질과 비휘발성 (이온성 액체) 전해질 양자와 적용가능한 건식 조립에 관한 것이다. 관형 폴리머 전해질 층 (139A) (Nafion®, DuPont) 은 전술한 대로 제공되어 프리-컨디셔닝된다. 탄소 기반 전극들 (112) 층을 컨디셔닝된 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 제조하기 위해서, 카바이드 유래 탄소의 전도성 분말 재료 (또는 다른 탄소 동소체, 예컨대, 탄소 나노튜브, 탄소 에어로겔, 그래핀, 또는 이들의 혼합물들) 는 이소프로판올 (등) 의 휘발성 용매에 분산된다. 일부 실시형태들에서, 전도성 분말은 전이 금속 산화물 분말들 (예로, Mn02 또는 Ru02 가 있지만, 이에 제한되지 않음) 또는 금속 분말 (Pt 또는 Au 가 있지만, 이에 제한되지 않음) 을 추가로 포함할 수도 있다.
이런 예시적인 실시예에서, 알콜 (또는 PVDF) 중 이온성 폴리머 (Nafion) 분산액은 바인더용 전도성 재료 분산액에 추가로 첨가된다. 혼합물은 초음파 욕에서 처리에 의해 균질화된다. 다음에, 제조된 전도성 분말 분산액은 이온성 액체 함침된 후 브러시 또는 스프레이 코팅 기술을 사용해 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 직접 적용된다. 원하는 두께의 탄소 기반 전극들 (112) 층을 달성할 때까지 휘발성 용매는 온화한 가열 프로세스에 의해 증발된다.
획득된 층의 도전율은 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 위한 적절한 전기 기계적 기능성을 보장하기에 종종 부적합하다. 이 점에서, 이런 예시적인 실시예에서, 획득된 탄소 기반 전극 (112) 층의 도전율은 탄소 기반 전극 (112) 층의 표면에 Au 마이크로와이어를 부착함으로써 또는 탄소 기반 전극 (112) 층에 Au 와이어를 매립함으로써 증가될 수도 있다. 그 후, 탄소 기반 전극 (112) 층은 리플로우 프로세스에 의해 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 과 일체화된다. 이 프로세스에서, 플루오르화 에틸렌-프로필렌 (FEP) 과 같은 열 수축 폴리머 튜브가 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 에 끼워지고 열 수축 재료의 회복 온도까지 가열된다. 열 수축 튜브에 의한 공급된 열 및 인가된 압축 하중은 이온성 폴리머의 리플로우를 유발하여서, 탄소 기반 전극 (112) 층과 Au 포일은 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 과 열적으로 본딩된다. 이 리플로우 프로세스 후, 열 수축 튜브가 제거된다. 부가적으로, 탄소 기반 전극들 (112) 층의 도전율은 무전해 화학 성막 및 추후 Au 의 전기 화학 성막을 사용해 얇은 Pt 층을 적용함으로써 추가로 증가될 수도 있다.
그 후, 이런 예시적인 실시예에서, 탄소 기반 전극 (112) 층은 마이크로 기계가공 프로세스를 사용해 4 개의 격리된 전극 섹터들 (112) 로 분할되고, 여기에서 마이크로 엔드 밀 도구를 구비한 컴퓨터 제어된 밀링 기계는 30 ~ 50 미크론의 깊이에서 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 과 탄소 기반 전극들 (112) 의 얇은 층을 기계적으로 제거하는데 사용된다. 따라서, 이 프로세스는 2 자유도 작동을 달성하기 위해서 전력에 의해 독립적으로 제어될 수 있는 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 의 표면에 90° 마다 4 개의 동일한 크기의 전극 섹터들 (112) 을 형성한다.
끝으로, 이런 예시적인 실시예에서, 전해질은 세정된 관형 폴리머 전해질 멤브레인 층 (139A) 에 혼입된다. 먼저, 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 은 습기를 제거하기 위해서 몇 시간 동안 100 ~ 140 ℃ 에서 진공 (30 Hg) 하에 건조된다. 그 후, 건조된 관형 폴리머 전해질 층 (139A) 은, 몇 시간 동안 상승된 온도에서 각각의 이온성 액체에 침지함으로써 이온성 액체 (예로, EMI-BF4 또는 EMI-TFSI) 로 함침된다.
다른 실시형태에서, 전술한 대로 굽힘가능 부분 (110) 을 이동시키는데 사용된 의료 기기 (10) 의 가요성의 세장형 부분 (101) (도 1, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 17, 도 19 및 도 25 참조) 은 본 기술분야에 공지된 종래의 프로세스들을 사용해 형성될 수 있다. 대안적으로, 내부 부재 (120) 는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 재료, 브레이드된 와이어 또는 코일링된 와이어일 수도 있는 보강 메시 (121) (도 19 참조) 를 포함할 수도 있고, 외부 부재 (150) 는 맨드릴로서 사용되도록 가는 로드 또는 핀 위에 배치된다. 예를 들어, 25 ㎛ 의 작은 직경을 가지는 금 와이어들을 포함할 수도 있는 4 개의 도전성 도관들 (130) 은 정렬되어 예를 들어, 에폭시 접착제 또는, 보다 구체적으로, (예를 들어, 자외선 활성화와 같은) 광 활성화 접착제와 같은 접착제를 사용해 절연 튜브의 길이를 따라 고정된다. 예를 들어, 프랑스, 콜롱브 소재의 Arkema 로부터 입수가능한 PEBAX® 과 같은 탄성 재료를 포함하는 시스 또는 재킷으로서 기능하는 외부 부재 (150) 는 내부 부재 (120) 와 거기에 부착된 도전성 도관들 (130) 위에 피복된다. 내부 부재 (120), 보강 메시 (121) (예를 들어, 브레이드된 와이어 또는 코일링된 와이어일 수도 있음), 관형 절연 부재 (127) 및 외부 부재 (150) 는 리플로우 프로세스를 사용해 조립될 수도 있다. 폴리머 전해질 층 (139) 과 추후 결합하기 위해, 내부 부재 (120) 는 외부 부재 (150) 보다 길이가 더 길게 되어서, 외부 부재 (150) 의 원위 말단 너머로 더 연장되는 내부 부재 (120) 의 연장된 부분을 유발한다. 폴리머 전해질 층 (139) 은 내부 부재 (120) 의 연장된 부분 위에 배치되고 외부 부재 (150) 의 원위 말단 근위로 이동되고 도전성 도관들 (112) 은 에폭시를 사용해 폴리머 전해질 층 (139) 의 외부에 형성된 4 개의 전극들 (112) 에 연결된 후, 리플로우 프로세스가 뒤따른다.
폴리머 전해질 층 (139) 은, 예를 들어, 일 밀리미터 (1 ㎜) 의 외부 직경, 예를 들어, 이십 밀리미터 (20 ㎜) 의 길이를 가질 수도 있다. 크기는 의도된 용도에 따라 달라질 수 있음을 이해할 것이다. 폴리머 전해질 층 (139) 은 폴리머 전해질 층 (139) 에 형성된 각각의 전극 (112) 에 부착하는 4 개의 스프링 장진형 프롱 접촉부들과 주문 제작된 커넥터 클램프를 사용해 수직 캔틸레버 구성으로 클램핑될 수도 있다 (도 25 참조). 폴리머 전해질 층 (139) 의 자유 길이는 최대 18 밀리미터 (18 ㎜) 이상일 수도 있다. 클램프로부터 전기 와이어들은 주문 제작된 제어기 기기에 연결될 수도 있다. 예를 들어, Plugable® USB 2.0 과 같은 디지털 현미경 카메라는 폴리머 전해질 층 (139) 의 작동 이미지들을 기록하는데 사용될 수도 있다.
의료 기기 (10) (예컨대, 마이크로-카테테르) 의 일 실시형태에서, 내부 부재 (120) 의 보어 (140) 는 이펙터가 부착된 삽입된 중심 와이어 (270) 를 신체의 루멘 내 미리 정해진 위치까지 가이드하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러나 제한 없이, 도 26 은 반경방향 내부 보어 (140), 적어도 하나의 폴리머 전해질 층 (139) 을 포함하는 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 을 도시하고, 폴리머 전해질 층 (139) 은 내부 부재 (120) 와 정렬되어 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에 인접하여 고정된다. 복수의 전극들 (112) 은 적어도 하나의 폴리머 전해질 층 (139) 둘레에 원주 방향으로 분배되고 복수의 도전성 도관들 (130) 을 통하여 전류원에 연결되고, 각각의 도관은 전류원 (미도시) 에 결합된 근위 말단 및 복수의 전극들 (112) 중 적어도 하나에 결합된 원위 말단을 갖는다. 근위 말단 (미도시), 원위 말단 (272), 및 작동부 (100) 의 내부 부재 (120) 의 보어 (140) 의 직경보다 작은, 상기 말단들 사이의 직경 (279) 을 가지는 세장형의 가요성 중심 와이어 (270) 는, 스프링 부재 (271) 가 중심 와이어 (270) 의 원위 말단 (272) 에 연결된 상태에서, 작동부 (100) 의 보어 (140) 로 도입된다. 스프링 부재 (271) 는, 중심 와이어 (270) 의 원위 말단 (272) 에 연결되면서, 작동부 (100) 의 보어 (140) 로 도입될 수 있도록 도 26 에 도시된 상태로 반경방향으로 압축된다. 중심 와이어 (270) 의 원위 말단 (272) 을 작동부 (110) 의 원위 말단 (102) 에 인접하여 위치결정하도록 스프링 부재 (271) 가 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 굽힘가능 부분 (110) 의 보어 (140) 에 놓일 때까지 스프링 부재 (271) 와 중심 와이어 (270) 는 작동부 (100) 의 보어 (140) 를 통하여 밀린다. 스프링 부재 (271) 는 중심 와이어 (270) 의 원위 말단 (272) 에 결합된 반경방향으로 압축가능한 탄성 스프링 부재 (271) 이다. 스프링 부재 (271) 는 도 26 에 도시된 대로 팽창된 구성에서는 작동부 (100) 의 보어 (140) 의 직경 (279) 을 초과하고 반경방향으로 압축된 구성에서는 중심 와이어 (270) 에 의해 작동부 (100) 의 보어 (140) 내에 끼워지고 그 안에 위치결정되도록 크기가 정해진다. 중심 와이어 (270) 는 화살표 (291) 의 방향으로 전진하고 스프링 부재 (271) 를 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에 바로 인접하여 위치시키는데 사용될 수 있고 작동부 (100) 는, 작동부 (100) 가 도입되는 혈관 (루멘) (290) 내 장애물 (293) 에 바로 인접하여 또는 그 안에 배치된다.
스프링 부재 (271) 는, 작동부 (100) 가 스프링 부재 (271) 에 대한 포위 위치로부터 인출되도록 중심 와이어 (270) 를 고정 상태로 유지하면서 화살표 (292) 의 방향으로 작동부 (100) 를 후퇴시킴으로써 혈관 (290) 내 장애물 (293) 과 맞물려 그리핑하도록 팽창될 수 있어서, 스프링 부재 (271) 를 반경방향으로 압축된 구성으로부터 도 27 에 도시된 팽창된 구성으로 해제시킨다. 도 27 은 장애물 (293) 이 팽창된 스프링 부재 (271) 에 의해 그리핑되어서, 혈관 (290) 으로부터 중심 와이어 (270) 와 작동부 (100) 를 함께 회수함으로써 장애물 (293) 이 혈관 (290) 으로부터 화살표 (292) 의 방향으로 회수될 수 있도록 허용하는 방법을 보여준다.
일 실시형태에서, 스프링 부재 (271) 는 도 26 에 도시된 대로 복수의 코일들 (296) 을 직렬로 갖는 코일 스프링이다. 다른 실시형태에서, 스프링 부재 (271) 는 도 28 에 도시된 대로 복수의 파형 또는 사인파 형상의 와이어들 (294) 을 포함하고, 각각은 도 28 에 도시된 대로 일반적으로 관형 또는 원통형 형상의 스프링 어셈블리 (271A) 를 형성하도록 웨이브들 또는 피크들 (295) 의 정점들에서 인접한 와이어 (294) 의 웨이브들 또는 피크들 (295) 의 정점들에 결합된다. 스프링 요소들은 반경방향으로 압축된 구성으로부터 반경방향으로 팽창된 구성으로 반경방향으로 팽창되므로 이런 유형의 팽창가능한 스프링 요소들이 일반적으로 신장된다는 점을 이해할 것이다.
도 29 는 도 1 의 의료 기기 (10) 의 다른 실시형태의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에 배치된 굽힘가능 부분 (110) 및 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 사시도이다. 마이크로-카테테르 (예컨대, 도 2 내지 도 4b 에 도시된 의료 기기) 와 달리, 도 29 는, 예를 들어, 가이드와이어일 수도 있는 내부 보어가 없는 의료 기기 (10) 를 도시한다. 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 은, 각도상 분배된 복수의 통전 가능한 전극들 (112) 중심에 그리고 세장형의, 가요성 부분 (101) 의 내부 부재 (120) 에 인접하여 배치된 폴리머 전해질 보디 (139B) 를 포함한 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 포함한다. 폴리머 전해질 보디 (139B) 의 외벽 (138) 을 포위하는 복수의 전극들 (112) 각각은, 연결된 전극 (112) 에 전기 신호 또는 전류가 공급될 수 있는 도전성 도관 (130) 의 원위 말단 (131) 에 연결된다. 가이드와이어의 기능 (예컨대, 지지, 조종, 추적, 가시성, 촉각 피드백, 윤활성, 및/또는 추적성) 을 증가시키도록, 나선형 코일이 보호 외부 부재 위에 선택적으로 추가로 커버되면서 세장형의, 가요성 부분 (101) 은 내부 부재 (120) 를 포위하는 보호 외부 부재 (미도시, 예로 커버 및/또는 코팅) 를 선택적으로 추가로 포함할 수도 있음을 이해할 것이다. 도 29 의 굽힘가능 부분 (110) 은 직선 모드로 도시되는데, 이것은 전술한 대로 복수의 전극들 (112) 중 하나 이상의 선택적 통전에 의해 굽힘 모드로 선택적으로 그리고 제어가능하게 변형될 수 있다.
도 30 은 변형 또는 굽힘 모드를 도시한 도 29 의 작동부 (100) 의 원위 말단 (102) 에서 굽힘가능 부분 (110) 의 사시도이다. 의료 기기 (10) 의 작동부 (100) 의 굽힘가능 부분 (110) 은, 폴리머 전해질 보디 (139B) 를 변형하도록 선택된 전극들 (112) 로 전기 신호들의 선택적 적용을 통하여 도 29 에 도시된 직선 모드로부터 도 30 의 변형 또는 굽힘 모드로 작동되는 것으로 도시된다. 선택된 전극들 (112) 의 통전은, 화살표 (118) 로 나타낸 외력을 적용함으로써 굽힘가능 부분 (110) 이 직선 모드로부터 굽힘 모드로 변형되도록 한다. 가이드와이어로서, 도 29 및 도 30 의 의료 기기 (10) 는 병변 또는 혈관 세그먼트에 도달하도록 혈관들을 탐색하는데 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 일단 의료 기기 (10) 의 굽힘가능 부분 (110) 이 그것의 목적지에 도달하면, 그것은 가이드로서 역할을 하여서 가이드와이어를 통과하기 위한 보어를 가지는 더 큰 카테테르들은 처리 부위로 더 용이하게 전달하기 위해 신속하게 따라갈 수 있다.
일부 실시형태들에서 의료 기기 (10) 는 세장형 가요성 부분 (101) 으로서, 외부 관형 층; 내부 관형 층으로서, 외부 관형 층과 내부 관형 층 사이에 공간이 형성되는, 상기 내부 관형 층; 상기 공간 내에 위치결정된 지지층으로서, 상기 지지층은 상기 내부 관형 층의 외부면에 커버되는 브레이드된 와이어, 코일 또는 이들의 조합물을 포함하는, 상기 세장형 가요성 부분 (101); 상기 세장형 가요성 부분 (101) 의 원위 말단 (102) 에 제공되고, 적용된 전기 신호에 응답하여 원하는 방향으로 굽힘가능한 이온성 전기 활성 폴리머 층을 포함하는 굽힘가능 부분 (110) 으로서, 상기 이온성 전기 활성 폴리머 층은 전해질을 포함하는 이오노머 관형 층 및 이오노머 관형 층과 접촉하게 배치된 복수의 전극들을 포함하는, 상기 굽힘가능 부분 (110); 및 가요성 세장형 부재의 공간을 따라 각각 배치되고 상기 전극들을 전기적으로 연결하는 복수의 와이어들을 포함하는 전달 부재를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 와이어들은 절연층을 추가로 포함한다.
일부 실시형태들에서, 의료 기기는 가요성 세장형의 부재; 및 가요성 세장형의 부재의 원위 말단에 제공되고, 전기 활성 폴리머로 제조되고, 적용된 전기 신호에 응답하여 원하는 방향으로 굽힘가능한 굽힘 부재를 포함하고, 상기 굽힘 부재는 이온성 전기 활성 폴리머로 제조된 메인 보디 및 메인 보디와 접촉하게 배치된 복수의 전극들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 가요성 세장형의 부재 및 굽힘 부재의 외부면들은 친수성 재료로 코팅된다.
일부 실시형태들에서, 굽힘가능 부분 (110) 은 굽힘가능 부분 (110) 을 커버하는 캡슐화 층을 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 가요성 내부 부재 (120) 및 굽힘가능 부분 (110) 은 친수성 재료로 코팅되고 그리고/또는 굽힘가능 부분 (110) 은 보강 메시와 도전성 도관 (130) 사이에 관형 절연 부재 (127) 를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 외부 관형 부재는 복수의 절연층들을 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 각각의 와이어는 각각의 절연층을 각각 통과한다. 일부 실시형태들에서, 전극들은 Pt 전극들, Au 전극들, 탄소 전극들, 또는 이들의 조합물로 구성된 군에서 선택된다. 일부 실시형태들에서, 탄소 전극들은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 그래핀, 카바이드 유래 탄소와 이오노머의 복합체, 및 탄소 나노튜브와 이오노머의 복합체로 구성된 군에서 선택된다. 일부 실시형태들에서, 전극들은 이온성 전기 활성 폴리머 층의 원주를 따라 대칭적으로 배치되고, 일부 실시형태들에서, 4 개의 전극들이 있다.
일부 실시형태들에서, 기기는 전기 신호들을 도전성 도관 (130) 을 통하여 전극들로 전송하고 굽힘가능 부분 (110) 의 굽힘을 유도하는 전기 제어기를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 전기 제어기는 사용자 조작에 응답하여 전기 신호들을 발생시키도록 구성되어서 굽힘가능 부분 (110) 이 사용자 조작에 응답한다. 일부 실시형태들에서, 의료 기기는 카테테르 또는 가이드 와이어이다.
일부 실시형태들에서, 기기는 가요성 내부 부재 (120) 를 종으로 이동시키도록 구성된 구동 어셈블리를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 구동 어셈블리는 구동 어셈블리와 표면 사이에 작용하는 마찰 기반 메커니즘을 사용해 가요성 내부 부재 (120) 의 표면과 부분 접촉하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 구동 어셈블리는 적어도 한 쌍의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 및 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 을 작동하는 모터 (310) 를 포함한다. 가요성 내부 부재 (120) 는 한 쌍의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 사이로 통과하도록 배치되고 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 의 작동으로 종으로 이동된다.
일부 실시형태들에서, 한 쌍의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 은 회전가능하게 배치된 스풀들을 포함하고, 가요성 내부 부재 (120) 는 스풀들의 회전에 의해 한 쌍의 스풀들 사이에서 움직일 수 있도록 배치된다. 일부 실시형태들에서, 구동 시스템은 가요성 내부 부재 (120) 의 양측에 배치된 한 쌍의 벨트들을 포함하고, 가요성 내부 부재 (120) 는 벨트들의 작동에 의해 한 쌍의 벨트들 사이에 움직일 수 있도록 배치된다.
일부 실시형태들에서, 의료 기기는 가요성 내부 부재 (120) 를 수용하는 상부 케이스 부분 (210); 및 상부 케이스 부분 (210) 으로부터 탈착가능한 하부 케이스 부분 (210) 을 추가로 포함하고, 구동 어셈블리의 일부 또는 전체 부품들 및 전기 제어 부재는 하부 케이스 부분 (210) 에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 가동부들은 상부 케이스 부분 (210) 에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 구동 어셈블리는 전기적으로 와이어들을 연결하고 상부 케이스 부분 (210) 내부에 있는 전류 분배기 (410); 구동력을 모터 (310) 로부터 가동부들로 전달하고, 하부 케이스 부분 (210) 에 제공되는 인터록킹부; 및 전기 제어기에 연결되고 하부 케이스 부분 (210) 에 제공되는 인터페이스 기기 (420) 를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 상부 케이스 부분 (210) 과 하부 케이스 부분 (210) 은 함께 체결되고, 하부 케이스 부분 (210) 의 웜 기어 (320) 는 구동력을 전달하도록 상부 케이스 부분 (210) 의 가동부들에 연결되고, 하부 케이스 부분 (210) 의 인터페이스 기기 (420) 는 전기 신호들을 전기 제어기로부터 와이어들로 전송하도록 상부 케이스 부분 (210) 의 전류 분배기 (410) 에 연결된다. 일부 실시형태들은, 굽힘 부재에 변형이 발생할 때 굽힘가능 부분 (110) 에서 전기 신호를 감지하는 센싱 부재를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 굽힘가능한 센싱 부재 (117) 는, 굽힘 부재에서 감지된 전기 신호들 중에서, 전기 제어 부재로부터 굽힘 제어에 의해 발생된 전기 신호를 고려해, 굽힘가능 부분 (110) 에 외력이 인가되는지 아닌지 결정하도록 구성된다. 일부 실시형태들은 전기 제어기 및 구동 어셈블리를 원격으로 지시하는 주 제어기를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서 의료 기기는, 가요성 내부 부재 (120) 와 굽힘가능 부분 (110) 이 내부에 도관을 가지는 카테테르이고, 일부 실시형태들에서 의료 기기는 가이드 와이어이다. 일부 실시형태들에서 굽힘가능 부분 (110) 은 굽힘 부재를 커버하는 캡슐화 층을 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 가요성 내부 부재 (120) 와 굽힘가능 부분 (110) 의 외부면들은 친수성 재료로 코팅된다. 일부 실시형태들에서 의료 기기 와이어들은 절연층을 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서 굽힘가능 부분 (110) 은 보강 메시와 도전성 도관 (130) 사이 관형 절연 부재 (127) 를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 외부 관형 부재는 복수의 절연층들을 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 각각의 와이어는 각각의 절연층을 각각 통과한다. 일부 실시형태들에서, 전극들은 Pt 전극들, Au 전극들, 탄소 전극들 또는 이들의 조합물이다. 일부 실시형태들에서, 이온성 전기 활성 폴리머 층은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 그래핀, 카바이드 유래 탄소와 이오노머의 복합체, 및 탄소 나노튜브와 이오노머의 복합체로 구성된 탄소 기반 전극들을 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서 전극들은 이온성 전기 활성 폴리머 층의 원주를 따라 대칭적으로 배치된다. 일부 실시형태들에서 4 개의 전극들이 있다.
일부 실시형태들에서, 전기 제어기는 전기 신호들을 발생시키도록 구성되고, 구동 어셈블리는 사용자 조작에 응답하여 가요성 내부 부재 (120) 를 이동시키도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 환자의 신체 내에 의료 기기의 위치결정을 원격으로 제어하기 위한 시스템은: 의료 기기가 환자의 신체 내에 위치결정되도록 원격으로 지시하는 주 제어기를 포함하는 원격 제어 부재; 및 원격 제어 부재와 의료 기기 사이에 제어 신호를 통신하도록 구성된 로컬 통신 부재를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 통신 부재는 인터넷을 통하여 블루투스 또는 무선 802.11 통신을 사용해 정보를 무선으로 전송한다. 일부 실시형태들에서, 시스템 구동 어셈블리는 가요성 내부 부재 (120) 의 표면과 부분 접촉하고 구동 어셈블리와 표면 사이에 작용하는 마찰 기반 메커니즘을 기반으로 가요성 내부 부재 (120) 를 이동시키도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 시스템 구동 어셈블리는 적어도 한 쌍의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 및 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 을 작동시키는 모터 (310) 를 포함하고, 가요성 내부 부재 (120) 는 한 쌍의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 사이에 통과하도록 배치되고 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 의 작동과 함께 종으로 이동한다.
시스템의 일부 실시형태들에서, 한 쌍의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 은 회전가능하게 배치되는 한 쌍의 스풀들을 포함하고, 가요성 내부 부재 (120) 는 스풀들의 회전에 의해 한 쌍의 스풀들 사이에 이동가능하도록 배치된다. 일부 실시형태들에서, 시스템의 한 쌍의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 은 가요성 내부 부재 (120) 의 양측에 배치되는 한 쌍의 벨트들을 포함하고, 가요성 내부 부재 (120) 는 벨트들의 작동에 의해 한 쌍의 벨트들 사이에 이동가능하도록 배치된다. 일부 실시형태들에서, 시스템은 관형 가요성 내부 부재 (120) 를 수용하는 상부 케이스 부분 (210); 및 상부 케이스 부분 (210) 으로부터 탈착가능하도록 배치된 하부 케이스 부분 (210) 을 추가로 포함하고, 구동 어셈블리의 일부 또는 전체 부품들 및 전기 제어기는 하부 케이스 부분 (210) 에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 시스템의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 은 상부 케이스 부분 (210) 에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 시스템의 구동 어셈블리는 전기적으로 와이어들을 연결하고 상부 케이스 부분 (210) 내부에 있는 전류 분배기 (410); 구동력을 모터 (310) 로부터 가동부들로 전달하고, 하부 케이스 부분 (210) 에 제공되는 웜 기어 (320); 및 전기 제어기에 연결되고 세컨딩 모듈에 제공되는 인터페이스 기기 (420) 를 추가로 포함한다. 시스템의 일부 실시형태들에서, 상부 케이스 부분 (210) 과 하부 케이스 부분 (210) 은 함께 체결되고, 하부 케이스 부분 (210) 의 웜 기어 (320) 는 구동력을 전달하도록 상부 케이스 부분 (210) 의 회전 구동 부재들 (330a, 330b) 에 연결되고, 하부 케이스 부분 (210) 의 인터페이스 기기 (420) 는 전기 신호들을 전기 제어기/프로세서로부터 와이어들로 전송하도록 상부 케이스 부분 (210) 의 전류 분배기 (410) 에 연결된다.
일부 실시형태들에서, 시스템은 굽힘 부재에 변형이 발생할 때 굽힘가능 부분 (110) 에서 전기 신호를 감지하는 센싱 부재 (117) 를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 센싱 부재 (117) 는, 굽힘 부재에서 감지된 전기 신호들 중에서, 전기 제어 부재로부터 굽힘 제어에 의해 발생된 전기 신호를 고려해, 굽힘가능 부분 (110) 에 외력이 인가되는지 아닌지 결정하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서 시스템은 전기 제어기 및 구동 어셈블리를 원격으로 지시하는 주 제어기를 추가로 포함한다. 시스템의 일부 실시형태들에서 의료 기기는, 가요성 내부 부재 (120) 와 굽힘가능 부분 (110) 이 내부에 도관을 가지는 카테테르이다. 일부 실시형태들에서 의료 기기는 가이드 와이어이다. 시스템의 일부 실시형태들에서 굽힘가능 부분 (110) 은 굽힘 부재를 커버하는 캡슐화 층을 추가로 포함한다. 시스템의 일부 실시형태들에서, 가요성 내부 부재 (120) 와 굽힘가능 부분 (110) 의 외부면들은 친수성 재료로 코팅된다. 시스템의 일부 실시형태들에서 와이어들은 절연층을 추가로 포함한다. 시스템의 일부 실시형태들에서 굽힘가능 부분 (110) 은 보강 메시와 도전성 도관 (130) 사이 관형 절연 부재 (127) 를 추가로 포함한다. 시스템의 일부 실시형태들에서, 외부 관형 부재는 복수의 절연층들을 추가로 포함한다. 시스템의 일부 실시형태들에서, 각각의 와이어는 각각의 절연층을 각각 통과한다. 시스템의 일부 실시형태들에서, 전극들은 Pt 전극들, Au 전극들, 탄소 전극들 또는 이들의 조합물이다. 시스템의 일부 실시형태들에서, 이온성 전기 활성 폴리머 층은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 그래핀, 카바이드 유래 탄소와 이오노머의 복합체, 및 탄소 나노튜브와 이오노머의 복합체로 구성된 탄소 기반 전극들을 추가로 포함한다. 시스템의 일부 실시형태들에서 전극들은 이온성 전기 활성 폴리머 층의 원주를 따라 대칭적으로 배치된다. 시스템의 일부 실시형태들에서 4 개의 전극들이 있다. 시스템의 일부 실시형태들에서 전기 제어기는 전기 신호들을 발생시키도록 구성되고, 구동 어셈블리는 사용자 조작에 응답하여 가요성 내부 부재 (120) 를 이동시키도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 내부 부재 (120) 는 관형이다. 일부 실시형태들에서 전해질을 포함하는 이오노머 관형 층은 폴리머 전해질 층 (139) 이다. 일부 실시형태들에서 이온성 전기 활성 폴리머 층은 폴리머 전해질 층 (139) 및 복수의 전극들 (112) 을 포함한다.
특정 실시형태들은 기기의 굽힘가능 부분 (110) 을 제조하기 위한 방법들을 포함하고, 상기 방법들은: 이오노머 튜브의 내부면에 대하여 폴리머 전해질 층 (139) 및 맨드릴을 제공하는 단계; 폴리머 전해질 층 (139) 의 외부면에 탄소 전극 층을 형성하는 단계로서, 탄소 기반 전도성 파워 (power) 의 혼합물이 폴리머 전해질 층 (139) 의 외부면에 적용되는, 상기 단계; 도전성 도관 (130) 을 상기 탄소 전극 층에 부착하는 단계로서, 도전성 도관 (130) 은 전기적으로 탄소 전극 층에 각각 연결되는 복수의 와이어들을 포함하는, 상기 단계; 탄소 전극 층과 폴리머 전해질 층 (139) 둘레에 커버된 열 수축 관형 층을 제공하는 단계; 폴리머 전해질 층 (139) 으로부터 이온성 전기 활성 폴리머의 리플로우를 유발하여서, 탄소 전극 층과 폴리머 전해질 층 (139) 이 열적으로 본딩되는, 열 수축 폴리머를 가열하는 단계; 및 굽힘 부재를 형성하도록 열 수축 관형 층 및 맨드릴을 제거하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태들에서 상기 방법은: 백금 층을 탄소 전극 층에 형성하는 단계; 금 층을 백금 층에 형성하는 단계; 복수의 탄소 전극들로 분할되도록 탄소 전극 층을 마이크로 기계가공하는 단계; 및 전해질을 굽힘 부재로 혼입하는 단계로서, 굽힘가능 부분 (110) 은 습기를 제거하도록 건조되고 이온성 액체로 함침되는, 상기 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 백금 층은 무전해 화학 성막을 이용해 탄소 전극 층에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 금 층은 전기 화학 성막을 이용해 백금 층에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 마이크로 엔드 밀 도구를 구비한 컴퓨터 제어된 밀링 기계는 미리 정해진 깊이에서 탄소 전극 층 및 폴리머 전해질 층 (139) 으로부터 얇은 층을 기계적으로 제거하는데 사용된다. 일부 실시형태들에서, 미리 정해진 깊이는 약 30 ~ 약 50 미크론이다.
일부 실시형태들에서, 의료 기기의 굽힘가능 부분 (110) 을 제조하기 위한 방법은: 적어도 이온성 전기 활성 폴리머를 포함하는 폴리머 전해질 층 (139) 의 외부면에 대해 맨드릴을 제공하는 단계; 전해질을 굽힘 부재로 혼입하는 단계로서, 굽힘가능 부분 (110) 은 습기를 제거하도록 건조되고 이온성 액체로 함침되는, 상기 단계; 탄소 전극 층을 폴리머 전해질 층 (139) 에 형성하는 단계로서, 적어도 탄소 기반 전도성 파워가 휘발성 용매에서 분산되어서 탄소 전극의 혼합물을 형성하고 상기 혼합물은 폴리머 전해질 층 (139) 에 적용되어서 탄소 전극 층을 형성하는, 상기 단계; 도전성 도관 (130) 을 탄소 전극 층에 부착하는 단계로서, 도전성 도관 (130) 은 전기적으로 탄소 전극 층에 각각 연결되는 복수의 와이어들을 포함하는 상기 단계; 열 수축 폴리머를 탄소 전극 층 및 폴리머 전해질 층 (139) 둘레에 배치하는 단계; 폴리머 전해질 층 (139) 으로부터 이온성 전기 활성 폴리머의 리플로우를 유발하여서, 탄소 전극과 폴리머 전해질 층 (139) 이 열적으로 본딩되는, 열 수축 폴리머, 탄소 전극 층 및 폴리머 전해질 층 (139) 을 가열하는 단계; 및 굽힘 부재를 형성하도록 제 1 열 수축 재료 및 맨드릴을 제거하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들은 복수의 탄소 전극들로 분할되도록 탄소 전극 층을 마이크로 기계가공하는 단계들을 추가로 포함한다. 다른 실시형태들에서 마이크로 엔드 밀 도구를 구비한 컴퓨터 제어된 밀링 기계는 미리 정해진 깊이에서 탄소 전극 층 및 폴리머 전해질 층 (139) 으로부터 얇은 층을 기계적으로 제거하는데 사용되는 동안, 예를 들어 미리 정해진 깊이는 약 30 ~ 약 50 미크론이다.
일부 실시형태들에서 굽힘가능 부분 (110) 은 습기를 제거하는데 사용되고, 그 후 이온성 액체로 함침된다. 일부 실시형태들에서 약 100 ~ 약 140 ℃ 에서 진공 하에 건조를 발생시킨다. 일부 실시형태들에서 이온성 액체는 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (EMI-BF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMI-TFSI) 또는 이들의 조합물이다. 일부 실시형태들에서 이온성 전기 활성 폴리머는 이온성 폴리머-금속 복합체 (IPMC) 이다. 일부 실시형태들에서 이온성 폴리머-금속 복합체 (IPMC) 는 Nafion 이다. 방법의 일부 실시형태들에서 탄소 기반 전도성 분말은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 에어로겔, 그래핀, 또는 이들의 조합물로부터 선택된다. 일부 실시형태들에서 탄소 기반 전도성 분말은 전이 금속 산화물 분말 또는 금속 분말 또는 이들의 조합물을 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서 전이 금속 산화물 분말은 Mn02, Ru02 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태들에서 금속 분말은 Pt, Au 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태들에서 도전성 도관 (130) 을 탄소 전극 층에 부착하는 것은 폴리머 전해질 층 (139) 에 커버된 금 포일 층을 부착하는 단계를 추가로 포함한다.
방법의 일부 실시형태들에서 적어도 하나의 탄소 기반 전도성 분말은 탄소 전극 층을 형성하도록 폴리머 전해질 층 (139) 의 외부면에 적용되는 혼합물을 형성하기 위해서 휘발성 용매에 분산된다. 일부 실시형태들에서 혼합물은 탄소 전극 층을 형성하기 위해서 브러시 코팅 또는 스프레이 코팅을 사용해 폴리머 전해질 층 (139) 에 적용된다. 일부 실시형태들에서 휘발성 용매는 이소프로판올이다. 일부 실시형태들에서 폴리머 전해질 층 (139) 은 그것의 외부면을 조면화하고 세정하기 위해서 전처리된다. 일부 실시형태들에서 폴리머 전해질 층 (139) 의 외부면은, 이에 제한되지 않지만, 샌드페이퍼링 또는 샌드블래스팅과 같은 기계적 처리에 의해 조면화된다. 일부 실시형태들에서 폴리머 전해질 층 (139) 의 외부면은 과산화수소 (H2O2), 황산 (H2S04) 용액, 및 탈이온 (Dl) 수로 세정된다.
일부 실시형태들은 기기의 굽힘가능 부분 (110) 을 위해 관형 형상으로 폴리머 전해질 층 (139) 을 제조하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은: 이온성 폴리머, 플루오로폴리머 및 고유 전도성 폴리머로 구성된 군에서 선택되는 베이스 재료의 액체 분산액을 제공하는 단계; 액체 분산액을 기판에 캐스팅하는 단계; 액체 분산액을 경화함으로써 폴리머 필름을 기판에 형성하는 단계; 맨드릴을 제공하는 단계로서, 맨드릴은 기판으로부터 제거되는 폴리머 필름으로 추가로 롤링되는, 상기 단계; 및 맨드릴 둘레에 롤링된 폴리머 필름을 커버하도록 열 수축 튜브를 제공하고, 폴리머 전해질 층 (139) 을 형성하도록 롤링된 폴리머 필름의 리플로우를 유발하도록 열 수축 튜브를 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서 이온성 폴리머는 Nafion 또는 Flemion 을 포함한다. 일부 실시형태들에서 플루오로폴리머는 폴리[(비닐리덴 디플루오라이드)-코-(클로로트리플루오로에틸렌) (PVDF) 또는 이들의 공중합체를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 공중합체는 폴리(비닐리덴 디플루오라이드-코-클로로트리플루오로에틸렌) (P(VDF-CTFE)) 또는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌) (P(VDF-HFP)) 을 포함한다.
일부 실시형태들에서 고유 전도성 폴리머는 폴리아닐린 (PANI), 폴리피롤 (Ppy), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 또는 폴리(p-페닐렌 설파이드) (PPS) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서 굽힘가능 부분 (110) 은 전기 활성 폴리머 액추에이터이다. 일부 실시형태들에서 의료 기기는 카테테르이다. 일부 실시형태들에서 기판은 PTFE 플레이트 또는 유리 플레이트이다. 일부 실시형태들에서 열 수축 튜브는 플루오르화 에틸렌-프로필렌 (FEP) 튜브이다. 일부 실시형태들에서 열 수축 튜브는 200 ~ 230 ℃ 의 온도로 가열된다.
[1] 본원 발명은 의료 기기로서, 원위 말단 및 근위 말단을 가지는 세장형의, 가요성 부분; 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터로서, 상기 액추에이터는: 상기 세장형의, 가요성 부분의 상기 원위 말단에 인접하여 고정된 적어도 하나의 폴리머 전해질 층, 및 상기 적어도 하나의 폴리머 전해질 층 둘레에 원주 방향으로 분배된 복수의 전극들을 포함하는, 상기 액추에이터; 상기 복수의 전극들 중 적어도 하나에 결합된 근위 말단 및 원위 말단을 각각 갖는 복수의 도전성 도관들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 폴리머 전해질 층은 상기 복수의 도전성 도관들 중 적어도 하나를 통하여 상기 복수의 전극들 중 적어도 하나로 전기 신호의 적용에 응답하여 비대칭적으로 변형하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[2] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 적어도 하나의 폴리머 전해질 층은 전해질, 및 플루오로폴리머 및 고유 전도성 폴리머로 구성된 군에서 선택된 폴리머를 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[3] 본원 발명은 [2] 에 있어서, 상기 플루오로폴리머는 퍼플루오르화 이오노머, 폴리비닐리덴 디플루오라이드 (PVDF) 또는 이들의 공중합체인, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[4] 본원 발명은 [2] 에 있어서, 상기 고유 전도성 폴리머는 폴리아닐린 (PANI), 폴리피롤 (Ppy), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 폴리(p-페닐렌 설파이드) (PPS) 또는 이들의 조합물을 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[5] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 복수의 전극들 각각은 백금, 금, 탄소 중 하나 및 백금, 금 및 탄소 중 둘 이상의 조합물을 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[6] 본원 발명은 [5] 에 있어서, 상기 복수의 전극들 각각은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 그래핀, 카바이드 유래 탄소와 이오노머의 복합체, 및 탄소 나노튜브와 이오노머의 복합체 중 하나를 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[7] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 복수의 전극들은 상기 적어도 하나의 폴리머 전해질 층 둘레에 동일한 각도로 원주방향으로 분배되는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[8] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 세장형의, 가요성 부분은: 상기 적어도 하나의 폴리머 전해질 층과 결합하도록 배치된 근위 말단 및 원위 말단을 가지는 세장형의, 가요성 내부 부재, 및 상기 내부 부재와 상기 복수의 도전성 도관들을 포위하는 외부 부재를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[9] 본원 발명은 [8] 에 있어서, 상기 내부 부재와 상기 적어도 하나의 폴리머 전해질 층은 보어를 더 형성하고, 상기 폴리머 전해질 층의 보어가 상기 내부 부재의 보어와 정렬된 상태에서 상기 폴리머 전해질 층은 상기 내부 부재의 원위 말단에 인접하여 고정되는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[10] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 도전성 도관들 각각은 전기적으로 서로 격리되는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[11] 본원 발명은 [8] 에 있어서, 상기 외부 부재는 상기 외부 부재 내에 매립된 복수의 루멘들을 포함하고, 각각의 루멘은 상기 복수의 도전성 도관들 각각을 통과하기 위해 상기 외부 부재를 따라 종방향으로 내부 공간을 가지는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[12] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 복수의 도전성 도관들 각각은 그 위에 커버된 절연 코팅을 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[13] 본원 발명은 [8] 에 있어서, 강화된 강성 및 강도를 제공하도록 상기 근위 말단과 상기 원위 말단 중간의 상기 내부 부재 둘레에 나선형으로 또는 혼교하여 (interweavingly) 둘러싼 적어도 하나의 와이어를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[14] 본원 발명은 [13] 에 있어서, 상기 적어도 하나의 와이어를 포위하는 절연 부재를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[15] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 세장형의, 가요성 부분의 근위 말단에 제공되고 상기 의료 기기의 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 조작하기 위해서 상기 도전성 도관들에 의해 운반되고 복수의 전극들에 부여되는 전하들을 선택적으로 제어하기 위한 상기 도전성 도관들에 전기적으로 연결되는 전기 제어기를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[16] 본원 발명은 [15] 에 있어서, 상기 전기 제어기를 통하여 굽힘의 2 자유도를 제공하기 위해 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터에 굽힘 제어 신호들을 입력하기 위한 조작가능한 제어 부재를 갖는 주 제어기를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[17] 본원 발명은 [15] 에 있어서, 상기 의료 기기를 종으로 (lengthwise) 이동시키도록 구성된 구동 어셈블리를 더 포함하고, 상기 구동 어셈블리는: 그리핑 면을 구비한 제 1 회전 구동 부재; 상기 제 1 회전 구동 부재의 그리핑 면의 근위에 배치된 그리핑 면을 구비한 인접한 제 2 회전 구동 부재; 및 상기 제 1 회전 구동 부재 및 상기 제 2 회전 구동 부재 중 적어도 하나를 제어가능하게 회전시키도록 결합된 적어도 하나의 전기 동력 모터를 포함하고, 상기 의료 기기는 상기 제 1 회전 구동 부재의 그리핑 면과 인접한 상기 제 2 회전 구동 부재의 그리핑 면 중간에 배치되고 맞물려서 상기 제 1 회전 구동 부재와 상기 제 2 회전 구동 부재 중 하나의 회전은 상기 의료 기기를 축선방향으로 이동시키는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[18] 본원 발명은 [17] 에 있어서, 상기 제 1 회전 구동 부재의 시계방향 회전 및 인접한 상기 제 2 회전 구동 부재의 반시계방향 회전은 상기 의료 기기를 제 1 방향으로 이동시키고; 상기 제 1 회전 구동 부재의 반시계방향 회전 및 인접한 상기 제 2 회전 구동 부재의 시계방향 회전은 상기 의료 기기를 상기 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향으로 이동시키는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[19] 본원 발명은 [17] 에 있어서, 상기 전기 제어기를 통하여 굽힘의 2 자유도를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터에 굽힘 제어 신호들을 입력하고 그리고/또는 병진운동의 1 자유도를 제공하기 위해 상기 구동 어셈블리에 전진 및 후퇴 제어 신호들을 입력하기 위한 조작가능한 제어 부재를 갖는 주 제어기를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[20] 본원 발명은 [17] 에 있어서, 케이스를 더 포함하고, 상기 케이스는: 상기 제 1 회전 구동 부재, 상기 제 2 회전 구동 부재, 상기 의료 기기가 통과하는 근위 포트, 상기 의료 기기가 통과하는 원위 포트, 및 상기 의료 기기의 와인딩들을 저장하기 위한 내부 캐비티를 포함한 밀봉된 내부 부분을 가지는 제 1 부분; 및 상기 모터를 지지하는 제 2 부분을 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[21] 본원 발명은 [20] 에 있어서, 상기 케이스의 제 2 부분 및 상기 케이스의 제 1 부분은, 상기 제 1 회전 구동 부재 및 상기 제 2 회전 구동 부재 중 적어도 하나와 상기 모터를 작동가능하게 맞물리게 하도록 서로 결합되도록 되어있는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[22] 본원 발명은 [1] 에 있어서, 상기 복수의 전극들 각각에서 전기 신호 변화를 감지하도록 상기 복수의 전극들에 전기적으로 연결되는 센싱 부재를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[23] 본원 발명은 [19] 에 있어서, 상기 주 제어기의 조작에 대응하는 신호를 송신하기 위해 상기 주 제어기에 결합된 송신기; 및 상기 주 제어기의 조작에 대응하도록 상기 구동 어셈블리 및/또는 상기 전기 제어기에 상기 송신기에 의해 송신된 신호를 수신하기 위해 상기 구동 어셈블리 및 상기 전기 제어기에 전기적으로 연결된 수신기를 더 포함하는, 의료 기기를 제공할 수 있다.
[24] 본원 발명은 폴리머 전해질 층을 관형 형상으로 제조하는 방법으로서, 평평한 표면을 가지는 기판을 제공하는 단계; 상기 폴리머 전해질 층에 원하는 크기의 직경을 가지는 맨드릴을 제공하는 단계; 플루오로폴리머 및 고유 전도성 폴리머로 구성된 군에서 선택된 베이스 재료의 액체 분산액의 체적을 제공하는 단계; 상기 액체 분산액을 상기 기판에 배치하는 단계; 상기 기판에 10 미크론 ~ 50 미크론의 두께를 가지는 경화된 폴리머 필름을 형성하도록 선택된 상기 베이스 재료의 액체 분산액을 경화하는 단계; 상기 폴리머 필름의 복수의 랩들로 형성된 일반적으로 관형 슬리브를 제공하도록 상기 맨드릴의 일부분에 상기 폴리머 필름을 둘러싸는 단계; 및 열 수축 튜브를 제공하는 단계; 상기 열 수축 튜브로 상기 맨드릴의 일부분 및 그 위의 일반적으로 관형 슬리브를 커버하는 단계; 및 균질한 관형 폴리머 전해질 층을 형성하기 위해서 상기 폴리머 필름의 리플로우 (reflow) 를 유발하도록 상기 열 수축 튜브를 가열하는 단계를 포함하는, 폴리머 전해질 층을 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[25] 본원 발명은 [24] 에 있어서, 상기 플루오로폴리머는 퍼플루오르화 이오노머, 폴리비닐리덴 디플루오라이드 (PVDF) 또는 이들의 공중합체를 포함하는, 폴리머 전해질 층을 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[26] 본원 발명은 [24] 에 있어서, 상기 고유 전도성 폴리머는 폴리아닐린 (PANI), 폴리피롤 (Ppy), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 폴리(p-페닐렌 설파이드) (PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 디플루오라이드 또는 프로필렌 카보네이트 중 하나 이상을 포함하는, 폴리머 전해질 층을 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[27] 본원 발명은 [24] 에 있어서, 상기 열 수축 튜브는 플루오르화 에틸렌-프로필렌 (FEP) 튜브인, 폴리머 전해질 층을 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[28] 본원 발명은 [24] 에 있어서, 상기 열 수축 튜브는 200 ~ 230 ℃ 의 온도로 가열되는, 폴리머 전해질 층을 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[29] 본원 발명은 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법으로서, 외벽을 갖는 폴리머 전해질 층을 제공하는 단계; 탄소 기반 전도성 분말의 혼합물을 휘발성 용매에 제공하는 단계; 근위 말단 및 원위 말단을 각각 가지는, 복수의 도전성 도관들을 제공하는 단계; 그 위에 탄소 전극 층을 형성하도록 상기 폴리머 전해질 층의 외벽에 혼합물을 배치하는 단계; 각각의 도전성 도관의 원위 말단을 상기 탄소 전극 층에 접촉하는 단계; 열 수축 튜브를 제공하는 단계; 상기 폴리머 전해질 층과 그 위의 탄소 전극 층을 상기 열 수축 튜브로 커버하는 단계; 및 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 형성시키기 위해서 상기 폴리머 전해질 층의 리플로우를 유발하도록 상기 열 수축 튜브를 가열하는 단계를 포함하는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[30] 본원 발명은 [29] 에 있어서, 상기 폴리머 전해질 층은 전해질로 추가로 함침되는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[31] 본원 발명은 [29] 에 있어서, 상기 전해질은 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (EMI-BF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMI-TFSI), 또는 이들의 조합물 중 하나 이상을 포함한 이온성 액체를 포함하는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[32] 본원 발명은 [29] 에 있어서, 상기 탄소 전극 층의 일부분은 하나 이상의 금속 층들로 추가로 커버되는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[33] 본원 발명은 [29] 에 있어서, 상기 열 수축 튜브를 가열 후, 상기 탄소 전극 층은 복수의 전극들을 형성하도록 추가로 마이크로 기계가공되는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[34] 본원 발명은 [29] 에 있어서, 상기 탄소 기반 전도성 분말은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 에어로겔, 그래핀, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[35] 본원 발명은 [29] 에 있어서, 상기 탄소 기반 전도성 분말은 전이 금속 산화물 분말, 금속 분말, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
[36] 본원 발명은 [29] 에 있어서, 상기 혼합물은 브러시 코팅 또는 스프레이 코팅을 사용해 상기 폴리머 전해질 층의 외벽에 배치되는, 의료 기기의 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 관형 형상으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
첨부된 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 기술적 특징에서 벗어나지 않으면서 본 발명의 전술한 예시적인 실시형태들에 대해 다양한 수정 또는 변경이 이루어질 수 있음을 주목해야 한다.

Claims (7)

  1. 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법으로서,
    외벽을 갖는 관형 폴리머 전해질 층을 제공하는 단계;
    탄소 기반 전도성 분말과 휘발성 용매의 혼합물을 제공하는 단계;
    근위 말단 및 원위 말단을 각각 가지는, 복수의 전도성 도관들을 제공하는 단계;
    탄소 기반 전도성 분말과 휘발성 용매의 혼합물을 상기 폴리머 전해질 층의 상기 외벽에만 도포하여 탄소 전극 층을 형성하는 단계;
    각각의 도전성 도관의 상기 원위 말단을 상기 탄소 전극 층에 접촉하는 단계;
    열 수축 튜브를 제공하는 단계;
    상기 폴리머 전해질 층과 그 위의 상기 탄소 전극 층을 상기 열 수축 튜브로 커버하는 단계;
    상기 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터를 형성시키기 위해서 상기 폴리머 전해질 층과 상기 탄소 전극 층을 열적으로 결합하여 상기 폴리머 전해질 층의 리플로우를 유발하도록 상기 열 수축 튜브를 가열하는 단계로, 균일한 탄소 전극 층을 형성하기 위한 상기 리플로우에 의해 상기 탄소 전극 층이 균질화되는 단계; 및
    상기 열 수축 튜브를 제거하고, 상기 폴리머 전해질 층의 상기 외벽에만 위치하는 상기 균일한 탄소 전극 층 및 상기 폴리머 전해질 층을 균등하게 분할하는 단계;
    를 포함하는 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 전해질 층은 전해질로 추가로 함침되고, 상기 폴리머 전해질 층의 상기 전해질은 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 (EMI-BF4), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (EMI-TFSI), 또는 이들의 조합물을 포함하는, 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 전극 층의 일부분은 하나 이상의 금속 층들로 추가로 커버되는, 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 수축 튜브를 가열 후, 상기 탄소 전극 층은 기계적 제거를 포함하는 미세 가공 공정에 의해 여러 개의 전극으로 나누어지는, 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 전도성 분말은 카바이드 유래 탄소, 탄소 나노튜브들, 탄소 에어로겔들, 그래핀, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 기반 전도성 분말은 전이 금속 분말, 금속 분말, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합물은 브러시 코팅 또는 스프레이 코팅을 사용해 상기 폴리머 전해질 층의 상기 외벽에 도포되는, 의료 기기용 이온성 전기 활성 폴리머 액추에이터의 제조 방법.
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