JP2013074956A - 生体組織用刺激電極及び該刺激電極の加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 生体組織の電気刺激を行うために患者の生体内に取り付けられる生体組織用刺激電極は、生体適合性を有する金属にて形成されており、表面には超短パルスレーザの照射による複数の凹部が形成されている。このような生体組織用刺激電極は、患者の網膜を構成する細胞の電気刺激を行い視覚の再生を促すために患者眼に設置される所定の基板上に複数個設置される。また、生体組織用刺激電極の加工方法は、電極の表面に形成される互いに隣り合う凹部の距離が等しくなるように、制御手段によってレーザ装置からの前記超短パルスレーザの出力が制御される。
【選択図】 図7
Description
(2) (1)の生体組織用刺激電極において、前記電極は生体適合性を有する金属で形成されることを特徴とする。
(3) (2)の生体組織用刺激電極において、前記電極の表面の中心部に形成される前記凹部の密度は、前記電極の表面の周辺部に形成される凹部の密度と比べて高いことを特徴とする。
(4) (2)または(3)のいずれかの生体組織用刺激電極において、前記凹部は孔又は溝であることを特徴とする。
(5) (4)の生体組織用刺激電極において、前記電極は立体形状を有し、前記複数の孔は、直径5μm以上30μm以下であると共に、アスペクト比1以上であることを特徴とする。
(6) (5)の生体組織用刺激電極において、前記複数の孔は正方格子状又は千鳥状に配置されることを特徴とする。
(7) (1)乃至(6)の何れかに記載の生体組織用刺激電極は、患者の網膜を構成する細胞の電気刺激を行い視覚の再生を促すための電極であって、該電極は患者眼に設置される所定の基板上に複数個設置される電極であることを特徴とする。
(8) 生体組織の電気刺激を行うために患者の生体内に取り付けられる生体組織用刺激電極であって、該電極の表面にはフェムト秒レーザの照射による周期構造が形成されることを特徴とする。
(9) (8)の生体組織用刺激電極において、前記周期構造は、空間周波数及び深さが200nm以上1200nm以下であることを特徴とすることを特徴とする。
(10) 生体組織の電気刺激を行うために患者の生体内に取り付けられる生体組織用刺激電極の加工方法であって、前記電極の表面に形成される互いに隣り合う前記凹部の距離が一定となるように、制御手段によってレーザ装置からの前記超短パルスレーザの出力が制御されることを特徴とする。
(11) (10)の生体組織用刺激電極の加工方法であって、前記電極は立体形状を有しており、前記制御手段は前記電極の高さ位置に応じて前記電極に対して照射される前記レーザ光の深さ方向の照射位置を制御することを特徴とする。
(12) (11)の生体組織用刺激電極の加工方法において、前記レーザ装置はフェムト秒レーザを出力させるフェムト秒レーザ装置であることを特徴とする。
また、アスペクト比Aが1よりも小さいと、孔1cの奥行きが浅くなり、電極1の表面積が増加されにくくなる。なお、アスペクト比が大きい方が電極1の表面積は増加され易くなるが、電極1の表面(上部1b)と孔1cの内部からの出力電荷の遅延時間が大きくなることで、電極1から出力される電荷(電気パルス信号)の精度が低下しないようにする。以上のような、孔1cの径及び深さは、上記の特性を満たすように、電極の形状及び材質との組み合わせて適宜選択される。
また、電極1の先端1aを中心に孔1cが形成されることで、注入電荷が電極1の先端1aに集約されるようになり、生体組織の局所領域が精度良く(ピンポイントで)電気刺激されるようになる。一方、電極1の側面1bにレーザを照射せず、孔1cを形成しないことで、電極1の外形形状を変えることなく電極1の表面積を増加できる。
なお、以上のような表面処理によって、電極1の表面に孔1cを形成した後、更に既知の電荷注入能力を向上させるための処理が行われても良い。例えば、白金黒メッキ又は酸化イリジウム膜形成等の処理が行われても良い。
その後、ベース部のプレスによって、電極1とワッシャ46でワイヤ41が狭持(接続)される。このような処理を電極1ごとに行い、各電極1とワイヤ41を電気的に接続させる。
更には、機械的破壊による複数の孔又は溝と、フェムト秒レーザの照射で形成される周期構造との両方を組み合わせて表面積(電荷注入能力)を増加しても良い。
電極として、材質が白金(Pt)、直径約500μm、高さ約300μmの弾丸形状のものを使用した。レーザ照射装置として、シグマ光機製(LWL‐3030‐T10)のものを使用した。レーザの照射条件は、発振周波数200KHz、平均出力400mW以上、パルス幅500fs以下、パルス繰り返し周波数200kHzとし、倍率20の対物レンズで集光し、ビームスポット径15μmのフェムト秒レーザを電極の上部に照射させた。電極の表面状態の観察には走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた。なお、電極上でのレーザの照射位置(孔の間隔及び配置)はCADを用いて設定した。
以上のようにレーザ照射による表面処理が行われることで、電極の電荷注入能力が2〜3倍程度に改善されることが分かった。
電極として、厚さ20μmの白金箔(平板電極)を用いた。レーザ照射装置は実験例1と同じものを使用した。フェムト秒レーザの照射条件は、平均出力1.2μJ/pulse、加工速度2mm/s、渦巻きピッチ10μm、トレパニング有りとし、倍率5の対物レンズで集光した。また、電極の表面観察には実験例1と同じSEMを使用した。
1a 先端
1c 孔
1d 溝
100 レーザ照射装置
200 視覚再生補助装置
Claims (12)
- 生体組織の電気刺激を行うために患者の生体内に取り付けられる生体組織用刺激電極であって、該電極の表面には超短パルスレーザの照射による複数の凹部が形成されていることを特徴とする生体組織用刺激電極。
- 請求項1の生体組織用刺激電極において、
前記電極は生体適合性を有する金属で形成されることを特徴とする生体組織用刺激電極。 - 請求項2の生体組織用刺激電極において、前記電極の表面の中心部に形成される前記凹部の密度は、前記電極の表面の周辺部に形成される凹部の密度と比べて高いことを特徴とする生体組織用刺激電極。
- 請求項2または請求項3のいずれかの生体組織用刺激電極において、
前記凹部は孔又は溝であることを特徴とする生体組織用刺激電極。 - 請求項4の生体組織用刺激電極において、
前記電極は立体形状を有し、
前記複数の孔は、直径5μm以上30μm以下であると共に、アスペクト比1以上であることを特徴とする生体組織用刺激電極。 - 請求項5の生体組織用刺激電極において、
前記複数の孔は正方格子状又は千鳥状に配置されることを特徴とする生体組織用刺激電極。 - 請求項1乃至請求項6の何れかに記載の生体組織用刺激電極は、
患者の網膜を構成する細胞の電気刺激を行い視覚の再生を促すための電極であって、該電極は患者眼に設置される所定の基板上に複数個設置される電極であることを特徴とする生体組織用刺激電極。 - 生体組織の電気刺激を行うために患者の生体内に取り付けられる生体組織用刺激電極であって、該電極の表面にはフェムト秒レーザの照射による周期構造が形成されることを特徴とする生体組織用刺激電極。
- 請求項8の生体組織用刺激電極において、
前記周期構造は、空間周波数及び深さが200nm以上1200nm以下であることを特徴とすることを特徴とする生体組織用刺激電極。 - 生体組織の電気刺激を行うために患者の生体内に取り付けられる生体組織用刺激電極の加工方法であって、前記電極の表面に形成される互いに隣り合う前記凹部の距離が一定となるように、制御手段によってレーザ装置からの前記超短パルスレーザの出力が制御されることを特徴とする生体組織用刺激電極の加工方法。
- 請求項10の生体組織用刺激電極の加工方法であって、
前記電極は立体形状を有しており、前記制御手段は前記電極の高さ位置に応じて前記電極に対して照射される前記レーザ光の深さ方向の照射位置を制御することを特徴とする生体組織用刺激電極の加工方法。 - 請求項11の生体組織用刺激電極の加工方法において、
前記レーザ装置はフェムト秒レーザを出力させるフェムト秒レーザ装置であることを特徴とする生体組織用刺激電極の加工方法。
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