JP2022501161A - 電極作製及び設計 - Google Patents

Abstract

脳のような繊細な組織に埋め込むことができる生体適合性多重電極デバイス及びこのようなアレイを作製する方法を開示する。開示したアレイは、１回のニードル挿入で生きた生物組織に埋め込むことができる。デバイスとしては、端縁に沿う接点を有する線形的アレイ、パリレン支持層における開口毎の多重電極を有する線形的アレイ、多重スレッド電極アレイ、ツリー状電極アレイ、及びそれらの組合せがあり得る。或る実施形態において、柔軟電極装置は、頂面によって画定される頂端縁及び誘電体長さに沿う側面を有する、生体適合性及び生体埋込み型の柔軟な誘電体と、誘電体の長さに沿って指向する絶縁した電気配線と、並びに前記配線に結合されかつ誘電体の長さに沿う側面に位置する電極接点であって、電極接点それぞれの露出部分が誘電体の頂端縁から突出する、該電極接点と、を備える。【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照

本出願は、あらゆる目的のために参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする、「電極作製及び設計（Electrode Fabrication and Design）」と題した、２０１８年９月１４日出願の米国仮出願第６２／７３１,４９６号の優先権の恩典を主張する。

連邦支援の研究開発の下でなされた発明に対する権利に関する声明(STATEMENT AS TO RIGHTS TO INVENTIONS MADE UNDER FEDERALLY SPONSORED RESEARCH AND DEVELOPMENT)
非適用（NOT APPLICABLE）

電極を有する埋込み型デバイスは、脳のような標的生体組織における電気信号を記録及び刺激するのに使用することができる。しかし、埋め込み中、電極は生体組織に損傷又は炎症を与えるおそれがあり、正確な研究、診断、及び／又は組織の医療を複雑にする。さらに、埋込み部位の付近における組織の免疫反応並びに成長は長期間生存能力及び埋め込まれた電極の安定性を低下させることがあり得る。

さらに、従来型電極は幾つかの生物学的応用で必要とされる深さで精密に記録及び／又は刺激するよう構成することができない。

さらに、埋込み型デバイスに使用される従来型電極は、そのサイズ及び／又は材料組成に起因して、破損し易く、また破損したとき生体組織を損傷することがあり得る。この結果として、従来型電極は埋込み型デバイスでの使用には実用的でないことがあり得る。

概して、本明細書に開示するのは、脳のような生体組織に埋め込むための、可撓性でリボンケーブル状の微細に作製した電極である。電極としては、端縁に沿う接点の線形的アレイ、誘電性支持層における開口毎の多重電極を有する線形的アレイ、多重スレッド電極アレイ、ツリー状電極アレイ、記録／刺激部位を有する電極アレイ、突起を有する電極アレイ、及びそれらの組合せを有する電極があり得る。電極アレイは、生体適合性及び生体埋込み型の柔軟な誘電体であって、頂面によって画定される頂端縁及び誘電体長さに沿う側面を有する、該誘電体と、誘電体の長さに沿って指向する絶縁した電気配線と、並びに前記配線に結合されかつ誘電体の長さに沿う側面に位置する電極接点と、を備えることができ、電極接点それぞれの露出部分は誘電体の頂端縁から突出する。

開示した電極アレイは、生体適合性が改善されており、また向上した精度で、かつ従来型電極よりも組織内における深さが増大して標的生体組織を記録及び／又は刺激することができる。加えて、開示した電極アレイは、機械的歪みに対する安定性及び復元性が改善しており、また生体組織内での長期間使用するよう構成することができる。微細製造した電極は、極めて小さく、細く、かつ可撓性があり、したがって、挿入創傷を減少し、埋め込んだ電極周りの標的組織を成長させ、電極接点と標的部位との間の近接性を改善し、またより多くの電極を埋め込むことを可能にする。

本開示の一態様において、柔軟電極装置は、生体適合性のある柔軟な誘電体を備え、この誘電体は、頂面によって画定される頂端縁及び誘電体長さに沿う側面を有する。柔軟電極装置は、さらに、生体適合性誘電体内でほぼ誘電体の長さに沿って指向する電気配線を備え、前記電気配線におけるそれぞれの電気配線は電気配線の第２配線から絶縁する。柔軟電極装置は、さらに、生体適合性誘電体の長さに沿う側面に位置する電極接点を備え、電極接点それぞれの露出部分は誘電体の頂端縁から突出し、また電極接点各々はそれぞれに対応する電気配線に結合される。

幾つかの実施形態において、柔軟電極装置は、さらに、生体組織の体液から基準信号を読み取るよう構成された基準電極を備え、前記基準電極は電気配線のうち１つに接続される。

幾つかの実施形態において、電極接点は、誘電体の長さに沿って互いに離間した２０〜５０の間における個数の電極接点を有し、電極接点の中心間間隔は４５マイルロメートル〜５５マイクロメートルの間の値である。各電極接点の面積は３５０平方マイクロメートル未満である。

幾つかの実施形態において、電極接点それぞれはほぼ楕円形状を有している。

幾つかの実施形態において、生体適合性誘電体はポリイミドを有し、また電気配線及び電極接点は、金又は他の金属を有する。

幾つかの実施形態において、生体適合性誘電体は、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン、及びアクリルのうち１つ又はそれ以上を有する。

幾つかの実施形態において、柔軟電極装置は、さらに、挿入ニードルに着脱可能に連結するため、誘電体の端部に連結した係合コンポーネントを備える。

幾つかの実施形態において、誘電体の厚さは４マイクロメートル〜８マイクロメートルの間であり、また誘電体の長さは１５ミリメートル〜２５ミリメートルの間である。

幾つかの実施形態において、電極接点の突出している露出部分の底部は誘電体でカバーされる。

本開示の他の態様において、柔軟電極装置は、生体適合性の柔軟な誘電体を備える。生体適合性柔軟誘電体は、幹構造から枝分かれする複数の分岐を有することができる。生体適合性柔軟構造は、さらに、複数分岐における１つ又はそれ以上の分岐に位置する電極接点を有することができる。生体適合性柔軟構造は、さらに、電気配線を有することができ、電気配線それぞれは、少なくとも部分的にそれぞれに対応する分岐内に位置し、それぞれに対応する電極に結合され、また第２電気配線から絶縁される。

幾つかの実施形態において、複数の分岐は、少なくとも４本の可撓性ストランドを有し、また電極接点は少なくとも４本の可撓性ストランド上に位置する。

幾つかの実施形態において、電極接点は、少なくとも４本の可撓性ストランドに沿って互いに異なる位置に位置する。

幾つかの実施形態において、生体適合性柔軟誘電体の幹構造は、主ロッドを有する。各分岐は、主ロッドから枝分かれする二次ロッドを有する。各電極接点は、主ロッドから枝分かれする前記二次ロッドに位置する。

幾つかの実施形態において、電極接点は、ほぼ二次ロッドの端部に位置する。二次ロッドのうち１つ又はそれ以上は、電極接点が主ロッドから分離するよう主ロッドから角度をなして枝分かれすることができる。

幾つかの実施形態において、誘電体の幹構造は、埋め込み中折れ曲がるよう構成された柔軟な骨格を有する。

幾つかの実施形態において、電極接点の最大形体サイズは１０マイクロメートルであり、また電極接点それぞれの面積は３５０平方マイクロメートル未満である。

幾つかの実施形態において、電極接点は少なくとも２０個の電極接点を含む。

幾つかの実施形態において、生体適合性誘電体はポリイミドを有し、また電気配線及び電極接点は、金又は他の金属を有する。

幾つかの実施形態において、生体適合性誘電体は、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン、及びアクリルのうち１つ又はそれ以上を有する。

幾つかの実施形態において、生体適合性誘電体は、さらに、挿入ニードルに着脱可能に連結するため誘電体の端部に係合コンポーネントを備える。係合コンポーネントは、４０マイクロメートル〜６０マイクロメートルの間における長さのループを有することができる。

本開示の他の態様において、生体適合性柔軟電極装置を作製する方法は、生体適合性柔軟誘電体の第１層を堆積するステップを備える。方法は、さらに、生体適合性柔軟誘電体の第１層上に電気配線を堆積するステップであり、電気配線がほぼ誘電体の長さに沿って指向し、また電気配線におけるそれぞれの電気配線を電気配線の第２電気配線から絶縁する、ステップを備える。方法は、さらに、生体適合性誘電体の長さに沿う側面に電極接点を堆積するステップを備える。方法は、さらに、第１層、電気配線、及び電極接点上に、電極接点それぞれの露出部分が、前記誘電体の頂面によって画定される頂端縁及び前記誘電体の長さに沿う側面を越えて突出して残るよう、生体適合性柔軟誘電体の第２層を堆積するステップであり、また電極接点それぞれが対応する電気配線に結合されている、該ステップを備える。

幾つかの実施形態において、方法は、さらに、上述した電極装置のいずれかを作製するステップを備える。

本開示の他の態様において、生体適合性柔軟電極装置を作製する方法は、表面上にレジストレーション・マークを形成するステップと、表面上に第１絶縁層を堆積するステップと、表面を金属化するステップと、表面上に第２絶縁層を堆積するステップと、表面上にデバイスのアウトラインをパターン形成するステップと、表面上にスレッド支持層を構築するステップと、表面の電流バスを電気めっきするステップと、及び表面上の結合パッドを電気めっきするステップとを備える。或る実施形態において、表面上に第１絶縁層を堆積するステップ及び表面を金属化するステップは、表面上に第２絶縁層を堆積するステップに継続する前に複数回繰り返すことができる。

幾つかの実施形態において、表面上に第１絶縁層を堆積するステップは、表面上に絶縁材料層（約２μｍのポリイミド）をスピンコーティングするステップと、ホットプレート上で表面をソフトベークすると、及び真空オーブン内で低温により表面を養生させるステップとを有する。或る実施形態において、これらステップのうち幾つか又はすべては必要に応じて複数回繰り返すことができる。

幾つかの実施形態において、表面を金属化するステップは、表面上にレジスト層（約３５０ｎｍのレジスト(例えば、LOR3A)）をスピンコーティングするステップと、表面上にフォトレジスト層（約４２０ｎｍの深ＵＶ）をスピンコーティングするステップと、金属パターンを有するステッパツール内で表面を露光するステップと、表面を露光後ベークしかつフォトレジストを現像するステップと、表面をデスカム又はイオンミルエッチングするステップと、表面を電子ビーム蒸発器チャンバ内に配置するステップと、電子ビーム蒸着により表面上に金属（例えばプラチナ）を堆積するステップと、溶剤浴内で表面上の金属リフトオフを実施するステップと、及び表面上で脱塩を実施するステップと、を含む。或る実施形態において、これらステップの幾つか又はすべては必要に応じて複数回繰り返すことができる。

開示した電極アレイは、より高い解像度形体を可能にするプロセスを使用して作製することができる。とくに、幾つかの実施形態において、電極アレイは、アレイ上に多数の電極をパターン形成することができるステッパリソグラフィを用いて作製することができる。この結果として、電極アレイは小さい形体サイズを有するとともに、複数の記録／刺激チャネルを有する大きい電極アレイを設けることができる。

本明細書に組み入れられてその一部を構成する添付図面は、幾つかの実施形態を図解し、また明細書の記載とともに、開示される原理を説明する役目を果たす。

本発明実施形態による、線形端縁形態をした電極スレッドの概略的頂面図を示す。 図１Ａの電極スレッドの詳細図を示す。 図１Ａの電極スレッドにおける２つの断面図を示す。 本発明実施形態による、線形端縁形態をした多重電極スレッドの頂面図を示す。 図２Ａの電極スレッドにおける１つの電極スレッド縦断面図を示す。 本発明実施形態による、３つの線形的電極アレイを示す。 本発明実施形態による、ステレオトロード（stereotrode）形態の線形的アレイを示す。 本発明実施形態による、ツリー形態の電極アレイを示す。 本発明実施形態による、４本脚形態の電極アレイを示す。 本発明実施形態による、極小サイズ形態の２つの線形的アレイを示す。 本発明実施形態による、電極アレイを示す。 本発明実施形態による、骨格形態をした電極アレイを示す。 本発明実施形態による、生体埋込み型の柔軟な電極を作製する例示的方法を示すフローチャートである。 本発明実施形態による、電極アレイを作製する例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面上にレジストレーション・マークを形成する例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面上に第1絶縁層を堆積する例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面を金属化する例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面に第２絶縁層を堆積する例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面にデバイスの外形をパターン形成する例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面にスレッド支持層を構築する例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面の電流バスを電気めっきする例示的技術を示すフローチャートである。 本開示による、電極アレイを作製する間における表面の電流パッドを電気めっきする例示的技術を示すフローチャートである。

本開示は、埋込み型デバイス内に設けることができる種々の電極アレイ、及びこのような電極アレイを作製する方法を記載する。本明細書に開示される埋込み型デバイスは、生きている傷つき易い組織を含む生体組織に対して小さい挿入穴を介して一回のニードル挿入により埋め込むよう構成することができるが、このような組織に対して電気信号の記録及び／又は刺激（活性化）をするための複数の電極を設けることができる。とくに、開示した電極アレイの実施形態は、小さい形体サイズ（例えば、１０マイクロメートル（μｍ）最大形体サイズ、又は接点に作製した形体の特徴的サイズ）を有することができるとともに、挿入瘢痕を越えて関心対象組織部位を包囲するよう延在することができる多重記録／刺激チャネルを有する大きな電極アレイを設けることができる。多重電極アレイ及びアレイの柔軟な分岐構造の組合せは、システムが標的部位における詳細な立体画像を形成することを可能にする。

従来型システムと比較すると、開示した電極アレイは、増大した精度及び生体組織内でのより深い深さにおける記録及び／又は刺激を行うことができる。それに加えて、開示したシステム及び方法は、生体適合性が改善されており、また機械的歪みに対する安定性及び復元性が改善しており、かつ生体組織内で長期間使用するよう構成することができる。

代表的実施例において、開示したシステム及び方法は、神経組織内に９６本のポリマースレッドを埋め込むことができ、各スレッドは３２個の電極を有し、アレイにおける電極は合計３,０７２個である。電極はコンパクトで細くまた可撓性があり、５〜５０μｍのスレッド幅及び３層の絶縁層及び２層の導体層まで含めて４〜６μｍの公称スレッド厚さを有するよう設計される。これらプローブの極めて薄い厚さ、小さいサイズ、及び増大した可撓性は、より高い生体適合性をもたらし、プローブが免疫反応を引き起こすトリガとならず、長期間にわたる埋込み状態に留まることができるようにする。小さいスレッド断面積も標的における組織変位を最小化することができる。

非限定的な実施例において、開示した電極アレイは、脳に埋め込むよう構成された埋込み型デバイスに使用することができる。とくに、開示した電極アレイは、脳の領域における電気信号記録及び／又は刺激を行うのに使用することができる。開示した電極アレイは、従来型システムよりもより深い深さ、例えば、約２ミリメートルで脳内に埋め込むことができる。幾つかの実施形態において、開示した電極アレイは、活動電位、単一ニューロン、多重単位ニューロンの活動、及び／又は電場電位を記録するよう構成することができる。幾つかの実施形態において、開示した電極アレイは、個別ニューロン又はニューロン集団に対して刺激するよう構成することができる。

他の実施例において、開示したシステム及び方法は、限定しないが、脳、筋肉、肝臓、膵臓、脾臓、腎臓、膀胱、腸、心臓、胃、皮膚、結腸、等々を含む生体組織に使用することができる。さらに、開示した電極アレイは、限定しないが、無脊椎動物、脊椎動物、魚、鳥、哺乳動物、齧歯動物（例えば、マウス、ラット）、有蹄動物、牛、ヒツジ、ブタ、馬、ヒトではない霊長類、及びヒトを含む、任意の適当な多細胞生物に関連して使用することができる。さらに、生体組織は、体外組織（例えば、外植組織片）とすることができる、又は生体内組織（例えば、患者に対して実施される外科手術処置において、又は脳-コンピュータインタフェースの一部として使用される）とすることができる。

＜I. 電極構成＞
図１Ａ〜９は種々の電極構成を示す。種々の実施形態において、多くの異なるスレッド及び電極タイプを電極アレイに使用することができ、図１Ａ〜９の実施例で説明される設計並びに任意な他の設計が含まれ、またこれは本開示によって限定されない。スレッドは、５〜５０μｍの範囲にわたる幅で作製することができ、また図１Ａ〜９の実施例で説明される設計並びに任意な他の設計のような幾つかのジオメトリの記録部位を組み入れることができる。

或る実施形態において、開示した電極アレイは、生体埋込み型柔軟構造及びパリレンで作成することができる支持層における多重開口を有することができる。支持層における開口は電気信号記録／刺激を可能にする電極（活性部位とも称される）を露出させることができる。幾つかの実施形態において、柔軟構造は、以下の図１Ａ〜４の実施例におけるような、電極の線形的アレイを備える。代案として、柔軟構造は、以下の図５〜６及び８〜９の実施例におけるような、幹構造から枝分かれする複数の分岐と、及び複数の分岐のうち１つ又はそれ以上に位置する多重電極を有することができる。

幾つかの実施形態において、このような複数の分岐は、生体組織内への挿入中により小さい断面積を呈して組織における挿入創傷を最小化するよう、挿入ニードルの周りに巻き付けることができる。このとき、分岐は挿入ニードルを取り外す際にバラバラに広がるよう構成することができる。分岐構造の他の特徴は、個別分岐における機械的歪みを消散させる能力である。したがって、開示した構造は、標的組織に対して侵襲性がより少なく、生体適合性がより高く、また構造的損傷に対する復元性があるというような技術的利点をもたらすことができる。

各薄膜アレイは、電極接点及び配線を特徴とする「スレッド」エリア、及び薄膜が信号増幅及び捕捉を可能にするカスタムチップとのインタフェースをとる「センサ」エリアから構成することができる。代表的実施形態において、各アレイは、４８又は９６本のスレッドを有することができ、また各スレッドは電極接点に終端する３２本の独立した配線を含むことができる。ウェハーレベルの微細作製プロセスは、これらデバイスの高生産性製造を可能にする。例えば、１０個の薄膜アレイを単一ウェハー上にパターン形成することができ、各薄膜アレイは、３,０７２個の電極接点を有することができる。或る実施例において、このような各アレイは、患者の頭蓋における単一の外科手術的ボア経由で埋め込むことができる。種々の実施形態において、任意な他の個数のアレイ、デバイス、スレッド、配線、及び／又は接点も可能であり、またこれは本開示によって限定されない。フリップチップ・ボンディング・プロセスを使用して、集積チップを薄膜のセンサエリア上の接点に接合する。この手法は、脳内における組織変位を最小化するため、小さいスレッド断面積を維持するという技術的利点をもたらす。チャネルカウントを高く維持しつつ、このことを達成するため、ステッパリソグラフィ及び他の微細作製技術を用いてサブミクロン解像度で金属薄膜を作成することができる。

アレイは、さらに、電極に結合されかつ互いに絶縁された多重電気配線を有することができる。或る実施形態において、電極アレイは、１０μｍの最大形体サイズを有することができ、また電極に対して約１００ナノメートル（ｎｍ）の代表的スケールを有することができる。或る実施形態において、電気配線は、数１００ナノメートルの代表的スケールを有することができる。

最大形体サイズは、接点上に作製した形体の特徴的サイズに言及することができる。

１０μｍの最大形体サイズは、標的組織における細胞の電極アレイ周りで成長する及び／又は互いに通信する、並びに機械的緩衝をもたらす能力を改善することができる。したがって、開示した電極アレイの小さいサイズ、可撓性、及び拡散ジオメトリは、標的神経組織をより自由に成長させるとともに、依然としてアレイあたり３,０７２個という多数の電極を埋め込むことを可能にすることによって、技術的利点をもたらすことができる。加えて、開示したシステムの可撓性及び分岐構造によれば、電極アレイが挿入創傷を越えて延在し、かつ関心対象標的部位を包囲することを可能にする。開示した電極アレイの幾何学（ジオメトリ）的構成、サイズ、形状、及び可撓性のようなこれら特性は、電極の記録部位と電極埋込み中に形成されるすべての瘢痕組織との間における距離を最大化することにも役立つことができる。

幾つかの実施形態において、電極アレイは、支持層に１つ又はそれ以上の開口を有することができる。図示の実施形態において、支持層における開口は間隔を空けたハッチングで描かれる。支持層における開口は、刺激及び／又は記録するよう構成された電極（活性部位とも称される）を露出させることができる。さらに、図示の実施形態において、電極接点はクロスハッチングで描かれる。電極は、金、プラチナ、イリジウム等々のような金属を含むことができる。電極は、ポリイミド、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン、アクリル、アルミナ、窒化ケイ素、等々のような材料によって絶縁することができる。例えば、プローブに使用される主基板及び誘電体は、電気配線を完全に包囲できるポリイミドとすることができる。図示の実施形態において、電極アレイの基板は明白セグメントで描かれる。種々の実施形態において、電気配線は点線で描かれる。

電気配線は、ニッケル、金、プラチナ、プラチナ合金等々を含む、金属及び／又は金属合金を有することができる。例えば、電気配線は、金薄膜を有することができる。或る実施形態において、電極アレイは、多重電極のための孔を有することができるパリレンシートでカバーできる。とくに、パリレンｃはスレッド上に堆積して、ロボット外科手術的埋込み中にロボットが除去するまでスレッドを取り付けておくことができる薄膜を形成することができる。

幾つかの実施形態において、生体組織の体液から基準信号を読み取るよう構成された基準電極を各電極スレッド上に設けることができる。したがって、或る実施形態において、個別の基準電極は、標的組織を測定及び／又は刺激するため、各スレッド上で電極近傍に存在することができる。オンプローブ基準と称されるこの構成は、生物学的体液における電位における長距離ドリフト又はランダムな局所的変動に起因するスプリアス効果を減少させる、より正確な基準電極読取りを生ずる技術的利点をもたらすことができる。したがって、開示したシステム及び方法は、ノイズを減少し、また精度を向上することができる。他の実施形態において、基準電極は別個のスレッド上に存在することができ、またこれは本開示によって限定されない。

＜II. 線形的アレイ形態＞
図１Aは、本発明実施形態による、線形端縁形態をした電極スレッド１００の概略的頂面図を示す。幾つかの実施形態において、電極スレッド１００の線形端縁形態は、以下に記載する幾つかの他の電極形態における好ましい技術的形体を組み合わせることができる。この実施例において、複数の電極ワイヤ配線１０２は、金又は他の金属の薄膜のような導体から形成することができ、またポリイミドのような柔軟生体適合性生体埋込み型誘電材料のベース１０４上に堆積することができる。代表的実施例において、単一スレッド１００上に３２本の配線を存在させることができる。ワイヤ配線１０２は、互いにまた誘電ベース１０４の長さに対してほぼ平行とすることができる。

この実施例において、各配線は電極接点に終端する。例えば、配線１０６は接点１０８に終端する。接点は誘電体の長さに沿う端縁１７２に位置することができ、したがって、スレッド１００の形態は「線形端縁」形態と称される。或る実施形態において、この形態は、記録及び／又は刺激すべき標的（例えば、ニューロン）近傍に接点を近接させることによって、例えば、接点及び標的の高さを均一にする、また露出した接点を誘電体端縁から突出させることによって、技術的利点をもたらすことができる。したがって、記録及び／又は刺激信号は線形端縁形態ジオメトリによってより強くまたよりクリアなものとすることができる。或る実施形態において、この形態は、さらに、記録部位と、電極埋込みによって生ずるいかなる瘢痕組織との間の距離を最大化することもできる。接点はほぼ楕円形の形状とすることができ、また楕円の短軸及び長軸のそれぞれに沿って測定して約１４×２４μｍ^２の寸法、及び３５０μｍ^２未満の総面積を有することができる。電極接点は単に電極とも称することができる。

スレッド１００は極めて長くかつ薄いものとすることができ、代表的実施例において、５μｍ〜５０μｍの幅及び４μｍ〜６μｍの公称厚さ、また約２０ｍｍの長さとすることができる。スレッドの薄い寸法及び可撓性はより高い生体適合性をもたらし、また標的内での組織変位を最小化することができる。これら長くかつ薄いスレッドを挿入前に管理するため、パリレン-ｃをスレッド上に堆積して薄膜を形成し、外科手術ロボットがスレッドを剥ぎ取るまでこの薄膜上にスレッドが付着した状態の留めておくことができる。

幾つかの実施形態において、デバイスの完全性及び強度を確保するため、十分なデバイス及び／又は電極厚さを維持し、とくに、デバイス端縁に沿う電極を有する線形端縁形態において十分な厚さを維持することを必要とする場合があり得る。とくに、４μｍ〜６μｍの範囲内におけるスレッド厚さは十分な構造完全性をもたらすことができる。

幾つかの実施形態において、電極スレッド１００はオンプローブ基準形態を有することができる。例えば、配線１０２のうちの１つを、標的生体組織における体液からの基準信号を読み取るよう構成された基準電極とすることができる。このことは、ランダムな局所的変動に起因するスプリアス効果を減少させる、より正確な基準電極読取りをもたらすことができる。

図１Ｂは、図１Ａの電極スレッド１００の詳細図を示す。この実施例において、配線１３２は、誘電体ベース１３４にほぼ平行であり、またベース１３４の幅の輪郭及び／又は変調に追随するしわを有することができる。図１Ａの実施例におけるように、接点１３６及び１３８は誘電体ベースの長さに沿う端縁上に位置する。電極接点はほぼ楕円形の形状とすることができ、また楕円の短軸及び長軸のそれぞれに沿って測定して約１４×２４μｍ^２の寸法、及び３５０μｍ^２未満の総面積を有することができる。或る実施形態において、電極接点は、誘電体の長さに沿って４５μｍ〜５５μｍの間における中心間間隔、例えば、５０μｍ間隔で離間する。接点の小さい面積及びコンパクトな間隔は、より高い生体適合性をもたらすことができ、また標的における組織変位を最小化することができる。電極接点は単に電極とも称することができる。

個別の金電極部位はこのような小さい幾何学的表面積を有するため、表面変調を使用することができる。このような処理は、電気生理学上のインピーダンスを低下させ、またインタフェースの有効帯電容量を増加するという技術的利点をもたらすことができる。２つのこのような処理としては、ポリスチレンスルホン酸塩をドープしたポリ-エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の導電性ポリマー及び酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）をドープした導電性ポリマーがある。或る実施形態において、このような処理は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ及びＩｒＯｘに関してそれぞれ、３６.９７±４.６８ｋΩ（ｎ＝２５７電極）及び５６.４６±７.１０ｋΩ（ｎ＝５８８）のインピーダンスを達成することができる。これら技術及びプロセスは、他タイプの導電性電極材料及びコーティングを含むことができ、またこれは本開示によって限定されない。

図１Ｃは、図１Ａの電極スレッドにおける２つの断面図を示す。この実施例において、断面図１６０は図１Ａに示す断面ラインＡ-Ａに対応する断面Ａ-Ａである。この実施例において、断面図１６０は、誘電体ベース１６２（図１Ａの実施例における誘電体ベース１０４に対応する）、部分的誘電体カバー１６４（誘電体の頂部とも称される）、電気配線１６６及び１６８（図１Ａの実施例における配線１０２に対応する）、並びに電極接点１７０（図１Ａの実施例における電極接点１０８に対応する）を示す。代表的実施形態において、誘電体ベース１６２及び部分的誘電体カバー１６４は、ポリイミドのような生体適合性柔軟誘電性材料を有することができる。代案として、誘電体ベース１６２及び／又は部分的誘電体カバー１６４は、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン、アクリル、アルミナ、及び／又は窒化ケイ素のような他の材料を有することができ、またこれは本開示によって限定されない。配線１６６及び１６８は、誘電性材料によって、例えば、誘電性材料のカバー１６４及び／又は他の部分によって互いに絶縁することができる。

図示のように、電極接点１７０は長方形断面を有するが、図１Ｂの実施例におけるような頂面図から見て楕円形状のような丸みのある形状を有することができる。したがって、電極接点１７０は、ほぼ楕円又は楕円円筒体の形状とすることができる。代表的実施形態において、電極の頂面及び内部は図１Ｃの断面Ａ-Ａの実施例におけるように露出させることができる。

この実施例において、電極スレッドは、上述したように、線形端縁形態で電極接点１７０を含むことができる端縁１７２を有する。したがって、電極スレッドの生体適合性柔軟誘電体は、単一誘電体を称することができる。このように電極スレッド及び／又は誘電体は、頂部１６４、底部１６２、及び側面１７４を有し、また頂面１６４が側面１７４に合流する端縁１７２として定義される頂端縁を有する。線形端縁形態において、誘電体によってカバーされない電極接点１７０の部分は、端縁１７２を越えて突出することができる。非カバー部分は依然として誘電体ベース１６２上に載置することができるが、頂部１６４によってカバーされないようにすることができる。

同様に、断面図１８０は図１Ａに示す断面ラインＢ-Ｂに対応する断面Ｂ-Ｂである。この実施例において、断面図１８０は、誘電体ベース１８２（図１Ａの実施例における誘電体ベース１０４に対応し、また誘電体の底部とも称される）、部分的誘電体カバー１８４（誘電体の頂部とも称される）、並びに電気配線１８６及び１８８（図１Ａの実施例における配線１０２に対応する）を示す。はやり誘電体ベース１８２及び部分的誘電体カバー１８４は、ポリイミド又は他の材料のような生体適合性で柔軟な誘電性材料を有することができる。この実施例において、電極スレッドは、上述したように、線形端縁形態で電極接点を含むことができる端縁１９０を有する。はやり、電極スレッド及び／又は誘電体は、頂部１８４、底部１８２、及び側面１９２を有し、また頂部１８４が側面１９２に合流する端縁１９０として定義される頂端縁を有する。しかし、この実施例において、断面図１８０における配線１８６及び１８８のＢ-Ｂ断面部分は誘電体の頂部１８４によって完全にカバーすることができる。配線１８６及び１８８は、さらに、誘電性材料によって、例えば、誘電性材料の頂部１８４及び／又は他の部分によって互いに絶縁することができる。配線の他の断面部分は、以下に説明するように、カバーされない、又は単に部分的にカバーされるようにすることができる。

図２Ａは、本発明実施形態による、線形端縁形態をした多重電極スレッド２００の頂面図を示す。代表的実施形態において、単一電極アレイ２００は４８又は９６個のスレッドを有することができ、また各スレッド２０２は、電極接点に終端する３２個の独立配線を有することができる。電極スレッドのロボットによる埋込み中に複数のアレイ２００のような電極スレッドを保持するピルボックス-カートリッジ組立体を手術野内に挿入ニードルとともに位置決めすることができる。或る実施形態において、スレッド２０２のような個別スレッドは、このようなピルボックス-カートリッジ組立体上に配列することができる。

各スレッド２０２は、標的組織における外科手術的埋込み前に挿入ニードルによるロボット係合を容易にすることができる係合形体を端部とすることができる。この実施例において、スレッドは、ニードル挿通を許容するループ２０４のようなものであり、ループ寸法はループの長軸及び短軸に沿って測定できる（１６×５０）μｍ^２のループを端部とすることができる。ロボットによる埋込み中に、このような係合形体は、ロボットアセンブリが係合するためのピルボックス-カートリッジ組立体のカートリッジ部分に配列することができる。ロボットアセンブリはこのような係合形体に係合することができ、この係合は、例えば、標的組織における外科手術的埋込みの準備としてカートリッジから電極を取り出すため、挿入ニードルを電極のループ２０４に挿通することによって行うことができる。或る実施形態において、ループ２０４のような係合形体は、図１Ａ及び１Ｂの実施例における誘電体ベース１０４，１６２，及び１６８のポリイミドのような、同一の生体適合性柔軟材料から成るものとすることができる。代案として、ループ２０４のような係合形体及び／又は誘電体ベースは、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン、アクリル、アルミナ、及び／又は窒化ケイ素のような他の材料を有することができ、またこれは本開示によって限定されない。

この実施例において、各スレッド２０２は生体適合性柔軟誘電体の第２層２０６で部分的にカバーすることができる。第２層２０６は、図１Ｃの実施例における部分的誘電体カバー１６４及び部分的誘電体カバー１８４に対応することができる。したがって、或る実施形態において、第２層２０６は、図１Ａ及び１Ｂの実施例におけるベース１０４，１６２，及び１６８のポリイミドのような、同一の生体適合性柔軟材料から成るものとすることができる。代案として、第２層２０６及び／又はベースは、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン、アクリル、アルミナ、及び／又は窒化ケイ素のような他の材料を有することができ、またこれは本開示によって限定されない。各スレッド２０２は、例えば、電気配線、図１Ｂの実施例における配線１３２のような複数の電気配線、又は薄い金属フォイルが誘電体の第２層２０６によってカバーされない金属の露出部分を有することができる。しかし、これら露出部分２０８は、生体適合性柔軟誘電性材料の細条２１０のような細条によって部分的にカバーすることもできる。

図２Ｂは、図２Ａの電極スレッドにおける１つの電極スレッド縦断面図２５０を示す。この実施例において、断面図２５０は、図２Ａに示す断面ラインＣ-Ｃに対応する断面Ｃ-Ｃである。図示のように、断面Ｃ-Ｃは電気配線２５２を含む。この実施例において、生体適合性柔軟誘電性材料は、ベース２５４，部分的カバー２５６、側面を含む部分的カバー２５８、及び部分的カバー細条２６０（図２Ａの実施例における細条２１０に対応する）を形成する。生体適合性柔軟誘電性材料は、ポリイミド又は他の材料から成るものとすることができる。したがって、部分的カバー２５６、側面を含む部分的カバー２５８、及び部分的カバー細条２６０は、ともに電気配線２５２を部分的にカバーする生体適合性柔軟誘電性材料の頂部又はカバーを構成することができる。細条２６０及び／又は誘電体頂部の残りの部分は、配線２５２の幾つかの部分をカバーするが、他の部分はカバーしない。

この実施例において、右側側面を含む部分的カバー２５８は、配線２５２の右側端部をカバー及び／又は絶縁し、配線２５２の左側端部は、図２Ａの実施例におけるループ２０４のような係合形体に至ることができる。しかし、幾つかの実施形態において、ループ２０４はポリイミドのような生体適合性柔軟誘電性材料を有することができる。このように配線２５２の両側端部を絶縁することができる。

図３は、本発明実施形態による、３つの線形的アレイ３００を示し、各アレイは、係合形体３０１と、及び本発明実施形態による、パリレンのような支持層における複数の開口３０３を有する。電気配線３０７は、開口３０３及び電極３０５を集積回路（図示せず）に接続することができる。図示の実施形態において、電極アレイは、形状がほぼ線形的であり、また支持層に多数の開口及び／又は多数の活性部位（例えば、８個、１２個又はそれ以上）を有することができる。電極３０５は記録及び／又は刺激するよう構成することができる。電極３０５はプローブの端縁に向けて配列することができ、これにより露出金属は埋込みの標的組織に同一平面となる。

図４は、本発明実施形態による、ステレオトロード（stereotrode）形態の線形的アレイ４００を示す。線形的アレイ４００は、アレイを挿入ニードルに着脱可能に連結させるための係合形体４０１、及びパリレンのような支持層における複数の開口４０３を有し、各開口は２つの電極４０５Ａ、４０５Ｂのグループを有する。このような多重電極グループは仕分けを容易にすることができる。或る実施形態において、このグループは、２個より多い数の電極を有し、またこれは本開示によって限定されない。例えば、4個の電極グループを有する線形的アレイは「テトロード（tetrode）」形態と称することができる。電気配線４０７は、開口４０３及び電極４０５Ａ、４０５Ｂを集積回路（図示せず）に接続することができる。開口４０３内に位置付けられる２つの電極４０５Ａ、４０５Ｂが同一電気的活量（相対位置決めに起因するオフセットはあるが）を記録できるとき、或る実施形態において、電極から取得される電気的記録は、記録された電気的活量の局在診断に使用することができる。ステレオトロード４０５Ａ、４０５Ｂはプローブの端縁に向けて配列することができ、これにより露出金属は埋込みの標的組織に同一平面となる。

＜III. ３アレイ形態＞
従来型埋込み型デバイスは、挿入部位における慢性炎症及び／又は急性免疫反応を生じ易く、これは電極の挿入部位における刺激又は記録する能力に干渉するおそれがある。幾つかの実施形態において、開示したシステム及び方法は、生体組織内に挿入するための極めて小さい断面積を呈するとともに、組織に対する挿入外傷部位を越えて突出するよう構成された多重電極をもたらすことによって、このような問題を回避又は大幅に減少することができる。とくに、幾つかの実施形態において、開示した電極アレイはほぼ樹状（ツリー）構造に構成することができ、この構造は、挿入瘢痕又は他の免疫系反応からのこのような干渉を回避又は大幅に減少することができる。

「ツリー」構造としては、細長の分岐素子がある中心長手方向素子を有し、各分岐素子の一方の端部が中心長手方向素子に接続される構造があり、又は従来既知の他の構造のものがある。

図５は、本発明実施形態による、「ツリー」形態の電極アレイ５００を示す。この実施例において、電極アレイ５００は、アレイを挿入ニードルに着脱可能に連結するための係合形体５０１、及び支持層（例えば、パリレン）における複数の開口５０３を有し、各開口は１つ又はそれ以上の電極５０５を露出させる。電気配線５０７は開口５０３及び電極５０５を集積回路（図示せず）に接続することができる。ツリー形態による実施形態において、開口５０３及び／又は電極５０５は、主構造（又は「幹部（trunk）」）から分離した分岐構造５０９に位置することができる。

とくに、分岐構造５０９は、主構造から延在するよう構成し、この構成は、主構造に対して鋭角の角度をなす及び／又は主構造に直交するように行うことができる。したがって、開口５０３及び／又は電極５０５は、慢性組織炎症及び／又は挿入創傷のエリアの外側に位置付けることができる。或る実施形態において、異なる分岐は主幹部から異なる分岐角度を有することができる。代案として、分岐構造５０９は、分岐構造５０９が時間経過とともに挿入エリアから拡散するよう連結ポイントの周りに回動することができる。

或る実施形態において、分岐構造５０９は挿入中に挿入ニードルの周りに巻き付けることができる。或る実施形態において、分岐及び／又は幹部（「シャンク」とも称することができる）は、ポリイミドのような柔軟材料から作成することができる。

或る実施形態において、幹部は約２５〜３０μｍの太さを有するとともに、分岐は約５.５μｍの太さを有することができる。電極は約１０μｍの幅を有し、また支持層の開口は各々が約３００μｍ^２の面積を有することができる。

＜IV. ４本脚アレイ形態＞
他の実施形態において、開示した電極アレイは、時間的期間にわたり挿入部位を越えて延在することができる多重の細い可撓性電極を設けることによって、電極機能に対する免疫反応干渉の問題を解決することができる。とくに、電極アレイは、本明細書で「４本脚（quadrapus）」及び／又は「８本脚（octopus）」と称される構造で構成することができる。さらに、埋め込むとき、この実施形態における活性部位は関心対象物（例えば、神経系構造）を包囲することができ、関心対象物の３次元的記録及び／又は刺激をもたらすことができる。

図６は、本発明実施形態による、４本脚形態の電極アレイ６００を示す。この実施例において、電極アレイ６００は、アレイを挿入ニードルに着脱可能に連結するための係合形体６０１、及び支持層（例えば、パリレン）における複数の開口６０３を有し、各活性部位は１つ又はそれ以上の電極６０５を有する。電気配線６０７は、開口６０３及び電極６０５を集積回路（図示せず）に接続することができる。図６に示すように、４個の開口６０３があり、各開口は別個のスレッド又はストランド６１３（「触腕（tentacle）」とも称される）上に位置付けられ、また４本のスレッド又はストランドは係合形体６０１、例えば、ループに接合させることができる。

或る実施形態において、開口６０３はスレッド又はストランド６１３に沿う異なる高さで離間させることができる。幾つかの実施形態において、電極アレイ６００は、４本のスレッド又はストランド６１３には限定されず、また任意な数の含む複数のスレッドを有することができる。例えば、８本のスレッドを有する電極アレイは「８本脚」構造と称することができる。

或る実施形態において、スレッド又はストランド６１３は、挿入中に挿入ニードルの周りに巻き付けることができ、また挿入ニードルを取り外す際にバラバラに広がるよう構成することができる。複数のスレッド又はストランド６１３の他の利点は、機械的歪みを消散させる能力であり、例えば、個別ストランドに発生する歪みは他のストランドに対する影響が少ない。

＜V. 極小電極アレイ形態＞
或る実施形態において、電極アレイは、埋込み中に標的生体組織の免疫反応を最小限にするため、極小サイズを有するよう設計することができる。図７は、本発明実施形態による、極小サイズ形態の２つの線形的アレイ７００を示す。各々は係合形体７０１を有し、また支持層（例えば、パリレン）における複数の開口７０３は１つ又はそれ以上の電極７０５を有するよう構成される。電気配線７０７は、開口７０３及び電極７０５を集積回路（図示せず）に接続することができる。その理由のため、電極アレイ７００は直径１０マイクロメートル以下のサイズに構成することができ、例えば、電極７０５は２〜１０μｍの間におけるサイズとすることができる。或る実施形態において、線形的アレイ７００のサイズを一層減少させるために、線形的アレイ７００は、生体組織の免疫反応を最小限にするようより少ない数の開口７０３及び／又は電極７０５を有するよう構成することができる。

図８は、係合形体８０１、及び１つ又はそれ以上の電極８０５を持つよう構成された支持層（例えば、パリレン）における複数の開口８０３を有する、電極アレイ８００を示す。電極８０５は１つ又はそれ以上の突起８１１を有することができる。幾つかの実施形態において、この突起８１１は、金属を含むものとすることができる。例えば、幾つかの実施形態において、突起８１１はプラチナ、イリジウム、金、又は同様の材料で作成することができる。幾つかの実施形態において、突起８１１は、約５００〜１０００ｎｍの範囲内におけるサイズとすることができる。例えば、突起８１１は約７５０ｎｍのサイズとすることができる。これら突起８１１（「フィンガ」とも称することができる）は、記録及び／又は刺激に使用するため、生体組織内に突入するよう構成することができる。幾つかの実施形態において、突起８１１は、突起８１１を３次元記録及び／又は刺激に使用できるよう、電極アレイ８００に対して非平面状にすることができる。

＜VI. 骨格アレイ形態＞
図９は係合形体９０１、骨格９０３、及び骨格９０３に連結される１つ又はそれ以上の電気配線９０５を有する電極アレイ９００を示す。各電気配線９０５は、生体組織を記録及び／又は刺激するよう構成された１つ又はそれ以上の電極９０７を含むことができる。幾つかの実施形態において、骨格９０３は、ポリイミド又は同様の材料を含むことができる。図９に示す電極アレイは、図５に示すツリー状電極構造の態様を図６の構造に組み合わせるものである。幾つかの実施形態において、電極の各ストランドは、直径約６μｍ以下のサイズとすることができる。さらに、幾つかの実施形態において、ポリイミドの骨格は、ほぼ３つの電気配線に連結することができ、各配線は約５００ｎｍ〜１０００ｎｍの間における長さを有する。例えば、幾つかの実施形態において、金属配線は約７５０ｎｍ以下とすることができる。幾つかの実施形態において、図９に示す電極アレイ９００は、３０又はそれ以上の記録及び／又は刺激部位を生ずるよう電極９０７のような３０個又はそれ以上の電極を含むことができる。３０又はそれ以上の記録及び／又は刺激部位を有するにも係わらず、電極アレイ全体を１回のニードル挿入で生体組織内に埋め込むことができる。とくに、埋込みシステムは、図９に示すような複雑で多孔質のジオメトリで可撓性電極を埋め込むことができる。埋込み（又は挿入）中、可撓性電極が延在した構造は、小さい挿入穴内に嵌入するよう密集化することができる。埋め込んだ後、電極はセルが挿入エリア内に成長し、また創傷が修復する時間経過につれて拡開する。

＜VII. 変化形態＞
種々の実施形態において、図１〜９に示した電極アレイのうち１つ又はそれ以上は、電極アレイを創成するよう任意の適当な組合せで改変、組合せ又は分散させることができる。例えば、幾つかの実施形態において、図５に示すツリー状構造は、図６の４本脚形態におけるように、多数のスレッド又はストランドから分岐させることができる。このような形態は、挿入中における電極アレイが呈するサイズを減少するとともに、可撓性をもたらし、また挿入部位から活性部位を分離させることもする。

他の実施例において、図４に示すステレオトロード構造のように、支持層における同一開口に位置付けた多重電極は、図６の4本脚構造のように、種々のスレッド又はストランドに沿って配置することができる。或る実施形態において、開口及び／又は活性部位は、同一深さであるが、異なる向きにして配置することができる。或る実施形態において、多重電極は同一開口において異なる高さにすることができる。このようなハイブリッド形態は全体的インピーダンスを最小化することができるとともに、３次元における電気信号を局限するシステム能力を改善することができる。

幾つかの実施形態において、図１〜９に示す開示した電極アレイは、係合形体２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１のような、係合形体に終端するよう構成することができる。幾つかの実施形態において、係合形体としては、ループ（基板における孔）、フック、カップ、突出部、延長アーム、「ｖ」字状部等々があり得る。幾つかの実施形態において、係合形体は、電極アレイを挿入ニードルにおける１つ又はそれ以上の相反係合形体に着脱可能に結合するよう構成することができる。例示的挿入ニードルとしては、本出願と同時出願された「ニードル及びニードル製造方法（Needle and Method of Manufacturing a Needle）」」と題した米国特許出願第６２／__,__号に詳述されたものがあり、この米国特許出願は参照によって本明細書に組み入れられるものとする。幾つかの実施形態において、開示した電極アレイは、係合形体なしに終端させることができる。

他の実施例において、活性部位の分岐階層は係合形体毎に１つのループを有する構成とすることができる。

幾つかの実施形態において、図１〜９に示す開示した電極アレイは、本出願と同時出願された「神経学的データのためのチップネットワーク（Chip Network for Neurological Data）」と題した米国特許出願第６２／__,__号に記載された、電圧又は電流の信号として神経学的インパルスを伝達し、これら信号を特別に構成した集積回路に送るよう構成することができ、この米国特許出願は参照によって本明細書に組み入れられるものとする。

幾つかの実施形態において、図１〜９に示す電極アレイのうち１つ又はそれ以上を含む電極アレイは、１つ又はそれ以上の電極アレイを含むカートリッジ内に組み付けることができる。幾つかの実施形態において、ロボットシステムはカートリッジから電極アレイを取り出し、また電極アレイを生体組織内に埋め込むことができる。例示的カートリッジ及びロボットシステムとしては、本出願と同時出願された「カートリッジを使用するデバイス埋込み（Device Implantation Using A Cartridge）」と題した米国特許出願第６２／__,__号に記載されたものがあり、この米国特許出願は参照によって本明細書に組み入れられるものとする。

＜VIII. 作製プロセス＞
図１〜９に示す電極アレイは図１０〜１９に示す作製プロセスによって製造することができる。幾つかの実施形態において、電極アレイは、多数（例えば、３２、６４、１２８、２５６）個の電極を単一プローブ上にパターン形成することができるステッパリソグラフィを用いて作製することができる。或る実施形態において、ウェハーレベルの微細作製プロセスはデバイスの高生産性製造を可能にする。例えば、１０個の薄膜アレイを単一ウェハー上にパターン形成することができ、４８又は９６本のスレッドを有する各薄膜アレイは、３,０７２個の電極接点を有する。或る実施形態において、開示した電極アレイは、標的組織の変位が最小限であり、また多様な生体適合性薄膜材料を含む神経プローブを生産するため特注プロセスにより作製することができる。

図１０は、本発明実施形態による、生体埋込み型の柔軟な電極を作製する例示的方法１０００を示すフローチャートである。或る実施形態において、方法１０００は、多重電極（例えば、接点に終端する３２、６４、又は１２８個の電極配線）を含む単一スレッドを作製することができる。第１ステップ１００１において、生体適合性柔軟誘電体の第１層を誘電体の長さに沿って堆積することができる。誘電体の第１層は、頂面によって画定される頂端縁及び側面を有することができる。生体適合性柔軟誘電体は、生体埋込み型、すなわち、免疫反応を誘発することなく脳又は神経組織のような生体組織内に長期間にわたり埋め込み可能なものとすることができる。誘電体は、材料及び／又は他の特性により生体適合性でありかつ生体埋込み型であるものとすることができる。例えば、生体適合性誘電体は、ポリイミド、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン及び／又はアクリルを含むことができる。或る実施形態において、誘電体は、４μｍ〜８μｍ間における厚さを有し、１５μｍ〜２５μｍの間における長さを有する。誘電体は、５〜５０μｍの幅を有することができる。

第２ステップ１００３において、生体埋込み型誘電体の第１層上に絶縁した電気配線を堆積することができる。この電気配線は、第１層の長さにほぼ沿う方向に指向させることができる。電気配線それぞれは第２電気配線から絶縁することができる。或る実施形態において、絶縁した電気配線は、スレッドあたり少なくとも２０本の電気配線、例えば、３２本の電気配線を有することができる。電気配線は、さらに生体適合性でもあり、また金又は他の金属を有することができる。或る実施形態において、配線は他の導電性材料を有することができ、またこれは本開示によって限定されない。

幾つかの実施形態において、誘電体は、中心幹構造から枝分かれする複数の分岐を有することができ、またこの場合、配線は分岐に沿って堆積することができる。例えば、分岐は、図６の実施例における線形的電極アレイのように、多重可撓性ストランド（少なくとも４本のストランド）を有することができる。この場合、配線はストランドに沿って堆積することができる。第２実施例において、幹構造は主ロッドを有することができ、また各分岐は主ロッドから枝分かれする二次ロッドを有することができ、また配線は、図５の実施例のツリー構造におけるように、二次ロッドに沿って堆積することができる。第３実施例において、誘電体の幹構造は、図９の実施例におけるように、埋込み中に折れ曲がるよう構成された柔軟な骨格を有する。

第３ステップ１００５において、電極接点を生体適合性誘電体の長さに沿う側面に堆積することができる。各電極接点は対応する電気配線に電気的に接続することができる。電極接点は生体適合性とすることができ、また金又は他の金属を有することができる。或る実施形態において、接点は他の導電性材料を有することができ、またこれは本開示によって限定されない。或る実施形態において、多重電極接点はスレッドあたり、少なくとも２０個の接点、又は２０〜５０個の範囲内における電極接点、例えば、３２個の接点を有することができる。或る実施形態において、電極接点それぞれは、接点上に作製した１０μｍの最大形体サイズ、又は特徴的形体サイズ、及び３５０μｍ^２未満の面積を有する。例えば、接点それぞれは、１４×２４μｍ^２にほぼ等しい寸法を有することができる。或る実施形態において、電極接点それぞれはほぼ楕円形状を有し、またこの寸法は楕円形状の長軸及び短軸に言及することができる。或る実施形態において、電極接点は、誘電体の長さに沿って互いに離間しており、中心間間隔が４５μｍ〜５５μｍの間の値、例えば５０μｍの間隔である。

これら顕微鏡的微小形体サイズ及び全体サイズ、並びに電極の可撓性は、電極の生体適合性を高めることができる。したがって、多数の電極、例えば、アレイあたり３,０７２個の電極を埋め込むことができ、これにより一層良好な記録及び刺激性能をもたらすことができる。

誘電体が中心幹構造から枝分かれする複数の分岐を有する実施形態において、電極接点は分岐に配置し、またやはりその同一分岐に配置した対応する電気配線に接続することができる。

第４ステップ１００７において、生体適合性柔軟誘電体の第２層を第１層、電気配線、及び電極接点上に堆積することができる。電極接点それぞれの露出部分は、頂面によって画定される誘電体の頂端縁及び誘電体の長さに沿う側面を越えて突出したままに残存することができる。

随意的な第５ステップ１００９において、基準電極を堆積することができる。基準電極は、生体組織における体液から基準信号を読み取るよう構成することができる。基準電極は１つの電気配線に接続することができる。このようにして、或る実施形態において、基準電極は、標的組織を測定及び／又は刺激するための電極と同一スレッド上に直接堆積することができ、したがって、基準電極を保持する別個のスレッドを作製する必要はなくなる。このようにして、開示したシステム及び方法は、各スレッド上に個別基準電極を設けることができる。このことは、生物学的体液における電位における長距離ドリフト又はランダムな局所的変動に起因するスプリアス効果を減少させる、より正確な基準電極読取りを生ずる技術的利点をもたらすことができる。したがって、開示したシステム及び方法は、ノイズを減少し、また精度を向上することができる。他の実施形態において、基準電極は別個のスレッド上に存在することができ、またこれは本開示によって限定されない。

随意的な第６ステップ１０１１において、挿入ニードルに対して着脱可能の連結するよう構成された係合コンポーネントを誘電体の端部に形成しまた結合することができる。或る実施形態において、この係合コンポーネントは４０μｍ〜６０μｍの間における長さのループを有することができる。このループ長さは、ループの長軸に沿って測定することができる。

図１１は、本開示の種々の態様による、電極アレイを作製する例示的プロセス１１００を示すフローチャートである。図示の実施例において、電極アレイは、表面上にレジストレーション・マークを形成するステップ１１０１と、表面上に第１絶縁層を堆積するステップ１１０３と、表面を金属化するステップ１１０５と、表面上に第２絶縁層を堆積する１１０７と、表面上にデバイスの外形をパターン形成するステップ１１０９と、表面上にスレッド支持層を構築するステップ１１１１と、表面上の電流バスを電気めっきするステップ１１１３と、及び表面上のパッドを電気めっきするステップ１１１５とによって、作製する。或る実施形態において、ステップ１１０３及び１１０５は、ステップ１１０７に継続する前に複数回繰り返すことができる。

図１１に示すプロセスに関連して使用される例示的技術を図１２〜１９で詳述する。しかし、本開示は、これら特定技術、実施形態及び細部に限定されず、これらは単に例示的なものであると理解されたい。さらに、既知のシステム及び方法を考慮して、意図した目的及び利益のために、特別な設計及び他のニーズに基づいて、任意な多数の代案的実施形態に本開示を使用するのは当業者には明らかであると理解されたい。

図１２は、ステップ１１０１に関連して表面上にレジストレーション・マークを形成するための例示的技術１２００を示す。レジストレーション・マークを形成することによって、電極アレイを作製する本明細書記載のプロセスは、約４０ｎｍの解像度で層相互を整列させることができる。このようにして、記載した電極アレイ作製プロセスは、より高い解像度の形体を可能にする。図示のように、この例示的技術において、表面上にレジストレーション・マークを形成するステップ１１０１は、シリコンウェハーをフォトレジスト（例えば、１２００ｎｍ深ＵＶ（ＤＵＶ））で被覆（コーティング）するステップ１２０１と、主マークレチクル（ＰＭ）を有するステッパリソグラフィツール内において被覆済みシリコンウェハーを露光するステップ１２０３と、被覆済みシリコンウェハーを露光後ベーク（ＰＥＢ）してフォトレジストを現像するステップ１２０５と、被覆済みシリコンウェハーをＵＶベークするステップ１２０７と、反応性イオンエッチャー（ＲＩＥ）の使用により表面を適当な深さ（例えば、１２０ｎｍ）までエッチングするステップ１２０９と、及び酸素プラズマを使用してフォトレジストを剥離するステップ１２１１と、を含むことができる。

図１３は、ステップ１１０１に関連して表面上に第１絶縁層を堆積する例示的技術を示す。図示のように、例示的技術において、表面上に第１絶縁層を堆積するステップ１１０３は、表面上に絶縁層（例えば、約２μｍのポリイミド）をスピンコーティングするステップ１３０１と、ホットプレート上で表面をソフトベークするステップ１３０３と、及び真空オーブン内で低温により表面を硬化させるステップ１３０５と、を含むことができる。幾つかの実施形態において、ホットプレート上で表面をソフトベークするステップ１３０３は、ポリイミドウェハー被覆率を向上することができ、また硬化ステップ１３０５中に溶剤が薄膜内に溜まる機会を減少することができる。或る実施形態において、技術１３００又はこの技術における幾つかのステップは、必要に応じて複数回繰り返すことができる。

図１４は、ステップ１１０５に関連して、表面を金属化する例示的技術１４００を示すフローチャートである。図示のように、例示的技術において、表面を金属化する捨て１１０５は、表面上にレジスト層（例えば、約３５０ｎｍのレジスト(例えば、ＬＯＲ３Ａ)）をスピンコーティングするステップ１４０１と、表面上にフォトレジスト層（例えば、約４２０ｎｍの深ＵＶ）をスピンコーティングするステップ１４０３と、ステッパツール内で表面を金属パターンにより露光するステップ１４０５と、表面を露光後ベーク（ＰＥＢ）し、またフォトレジストを現像するステップ１４０７と、表面をデスカム又はイオンミルエッチングするステップ１４０９と、電子ビーム蒸着チャンバ内に表面を配置するステップ１４１１と、電子ビーム蒸着により表面上に金属（例えば、プラチナ）を堆積するステップ１４１３と、溶剤浴内において表面上の金属リフトオフを実施するステップ１４１５と、及び表面上で脱塩を実施するステップ１４１７と、を含むことができる。或る実施形態において、技術１４００又はこの技術における幾つかのステップは、必要に応じて複数回繰り返すことができる。

幾つかの実施形態において、表面を金属化するステップ１１０５は、ステッパリソグラフィに特有の１つ又はそれ以上のステップを含むことができ、またより高い解像度の形体を生ずることができる。幾つかの実施形態において、表面をデスカム又はイオンミルエッチングするステップ１４０９は、ポリイミド表面に対する金属配線の付着を改善することができる。

図１５は、ステップ１１０７に関連して表面上に第２絶縁層を堆積するための例示的技術１５００を示す。図示のように、例示的技術において、表面上に第２絶縁層を堆積するステップ１１０７は、表面上に絶縁層をスピンコーティング（例えば、表面上に約２μｍのポリイミドを被覆）するステップ１５０１と、ホットプレート上で表面をソフトベークするステップ１５０３と、及び真空オーブン内で低温により表面を硬化させるステップ１５０５と、を含むことができる。

図１３に関連して上述したプロセスと同様に、ホットプレート上で表面をソフトベークするステップ１５０３は、ポリイミドウェハー被覆率を向上することができ、また硬化ステップ中に溶剤が薄膜内に溜まる可能性を減少することができる。

図１６は、ステップ１１０９に関連して、表面にデバイスの外形をパターン形成する例示的技術１６００を示す。図示のように、例示的技術において、表面にデバイスの外形をパターン形成するステップ１１０９は、表面上に硬質マスクを堆積するステップ１６０１と、表面上にフォトレジスト（例えば、約４２０ｎｍの深ＵＶ（ＤＵＶ）フォトレジスト）をスピンコーティングするステップ１６０３と、表面をステッパツール内でデバイス外形パターンにより露光するステップ１６０５と、表面をベークしてフォトレジストを現像するステップ１６０７と、表面をＵＶベークするステップ１６０９と、反応性イオンエッチャーの使用により表面を硬質マスクエッチングするステップ１６１１と、反応性イオンエッチャーの使用によりポリイミドをエッチングするステップ１６１３と、反応性イオンエッチャーの使用によりキャリヤを粗面化するステップ１６１５と、及び水リンスを表面に供給するステップ１６１７と、を含むことができる。

幾つかの実施形態において、図示の例示的技術における１つ又はそれ以上のステップは、ステッパリソグラフィに特有のものであり、またより高い解像度の形体を生ずることができる。幾つかの実施形態において、反応性イオンエッチャーの使用によりキャリヤを粗面化するステップ１６１５は、キャリヤウェハーに対する支持層の付着を改善することができ、このことは、ウェハーをデバイスの損傷がなく更に処理できるようにする。

図１７は、ステップ１１１１に関連して、表面にスレッド支持層を構築する例示的技術１７００を示す。図示のように、例示的技術において、表面にスレッド支持層を構築するステップ１１１１は、表面上に電気絶縁材料（例えば、約６μｍのパリレン-Ｃ）を堆積するステップ１７０１と、表面上に硬質マスクを堆積するステップ１７０３と、表面上にフォトレジスト（例えば、２μｍのフォトレジスト）をスピンコーティングするステップ１７０５と、支持層マスクを有する接点アライナー内で表面を露光するステップ１７０７と、フォトレジストを現象するステップ１７０９と、表面をデスカムするステップ１７１１と、表面上で硬質マスクをエッチングする１７１３と、及び電気絶縁材料を反応性イオンエッチングするステップ１７１５と、を含むことができる。幾つかの実施形態において、硬質マスクを堆積するステップ１７０３は、スレッド支持層におけるより高い解像度を可能にする（例えば、材料選択により）よう構成することができる。

図１８は、ステップ１１１３に関連して、表面の電流バスを電気めっきする例示的技術１８００を示す。図示のように例示的技術において、表面に電流バスを電気めっきするステップ１１１３は、表面上にフォトレジスト層をスピンコーティングする（例えば、約５.６μｍのｇ-ライン・フォトレジスト）ステップ１８０１と、表面上に第２フォトレジスト層をスピンコーティングする（例えば、約２.８μｍのｉ-ライン・フォトレジスト）ステップ１８０３と、接点アライナー内で表面をバスパターン（例えば、銅）により露光するステップ１８０５と、フォトレジストを現像するステップ１８０７と、表面をデスカムするステップ１８０９と、電子ビーム蒸着により表面上に金属を堆積する（例えば、約１０ｎｍのチタン及び約３μｍの銅）ステップ１８１１と、及び溶剤浴内において表面上の金属リフトオフを実施するステップ１８１３と、を含むことができる。

幾つかの実施形態において、表面上の金属リフトオフを実施するステップ１８１３によって、開示した作製技術は、ウェットエッチプロセスを用いて作製した電極アレイと比べると、電極アレイの解像度を向上することができる。幾つかの実施形態において、金属リフトオフは、電極アレイのビア内における接続部を接合パッドに接近して位置付けることを可能にでき、これにより電極アレイが必要とする空間及び電極アレイの設置面積を減少することができる。

図１９は、表面の接合パッドを電気めっきする例示的技術１９００を示す。図示のように、例示的技術において、表面上の接合パッド（例えば、ニッケル）を電気めっきするステップ１１１５は、表面上にフォトレジスト層をスピンコーティングする（例えば、約２μｍのフォトレジスト）ステップ１９０１と、接点アライナー内で表面をバンプパターン（例えば、ニッケル）により露光するステップ１９０３と、フォトレジストを現像するステップ１９０５と、表面をデスカムするステップ１９０７と、バンプを電気めっきする（例えば、約１０〜２０μｍのニッケルバンプ）ステップ１９０９と、溶剤浴内でフォトレジストを剥離するステップ１９１１と、及び水リンスを供給するステップ１９１３と、を含むことができる。

本開示はステップシーケンスを提示したが、幾つかの実施形態において、付加的ステップを追加することができ、記載したステップを省略することができ、またこれらは本開示によって限定されないと理解されたい。さらに、記載したステップシーケンスは任意の適当な順序で実施することができる。

本開示は値の範囲を提示したが、その範囲の上限と下限との間に介在する各値も具体的に開示されていると理解されたい。

図示の実施形態を本明細書で記載してきたが、その範囲は、本開示に基づいて当業者には理解されるであろう、等価要素、変更、省略、組合せ（例えば、種々の実施形態にわたる態様の）、適応及び／又は代替を有する任意な及びすべての実施形態を含む。例えば、例示的システムに示されるコンポーネントの数及び向きは変更することができる。

したがって、上述の記載は説明目的のために提示されている。それは網羅的なものではなく、本明細書記載の正確な形式又は実施形態に限定されない。変更及び適応は、開示した実施形態の明細及び実践を考慮することにより当業者には明らかであろう。

Claims (29)

1. 頂面及び誘電体の長さに沿う側面によって画定される頂端縁を有する、生体適合性の柔軟な誘電体と、
   生体適合性誘電体内で前記誘電体の前記長さに実質的に沿って指向する電気配線であって、前記電気配線それぞれが前記電気配線の第２電気配線から絶縁されている、電気配線と、
   前記誘電体の前記長さに沿う前記側面に位置する電極接点であって、電極接点それぞれの露出部分が前記誘電体の前記頂端縁から突出し、また前記電極接点それぞれが対応する前記電気配線に結合されている、電極接点と、
   を備える、柔軟電極装置。
2. 請求項１記載の柔軟電極装置において、さらに、生体組織内の流体から基準信号を読み取るよう構成されるとともに前記電気配線のうち１つに接続される基準電極を備える、柔軟電極装置。
3. 請求項１記載の柔軟電極装置において、前記電極接点は、前記誘電体の前記長さに沿って互いに離間した２０〜５０個の電極接点を有し、前記電極接点の中心間間隔は４５マイルロメートル〜５５マイクロメートルであり、また各電極接点の面積は３５０平方マイクロメートル未満である、柔軟電極装置。
4. 請求項１記載の柔軟電極装置において、前記電極接点それぞれは、ほぼ楕円形状を有している、柔軟電極装置。
5. 請求項１記載の柔軟電極装置において、生体適合性誘電体はポリイミドを有し、また前記電気配線及び前記電極接点は、金又は他の金属を有する、柔軟電極装置。
6. 請求項１記載の柔軟電極装置において、前記生体適合性誘電体は、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン及びアクリルのうち１つ以上を有する、
   柔軟電極装置。
7. 請求項１記載の柔軟電極装置において、さらに、挿入ニードルに着脱可能に連結するため、前記誘電体の端部に連結した係合コンポーネントを備える、柔軟電極装置。
8. 請求項１記載の柔軟電極装置において、前記誘電体の厚さは４マイクロメートル〜８マイクロメートルであり、また前記誘電体の前記長さは１５ミリメートル〜２５ミリメートルである、柔軟電極装置。
9. 請求項１記載の柔軟電極装置において、前記電極接点それぞれの突出している露出部分の底部は前記誘電体でカバーされる、柔軟電極装置。
10. 幹構造から枝分かれする複数の分岐を有する生体適合性の柔軟な誘電体と、
    前記複数の分岐における１つ以上の分岐に位置する電極接点と、
    それぞれが、少なくとも部分的に対応する分岐内に位置し、対応する電極接点に結合され、第２電気配線から絶縁される、複数の電気配線と、
    を備える、柔軟電極装置。
11. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、前記複数の分岐は、少なくとも４本の可撓性ストランドを有し、また前記電極接点は前記少なくとも４本の可撓性ストランド上に位置する、柔軟電極装置。
12. 請求項１１記載の柔軟電極装置において、前記電極接点は、前記少なくとも４本の可撓性ストランドに沿って互いに異なる位置に位置する、柔軟電極装置。
13. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、
    生体適合性柔軟誘電体の前記幹構造は主ロッドを有し、
    各前記分岐は前記主ロッドから枝分かれする二次ロッドを有し、また
    各前記電極接点は前記主ロッドから枝分かれする前記二次ロッドに位置する、
    柔軟電極装置。
14. 請求項１３記載の柔軟電極装置において、
    前記電極接点はほぼ二次ロッドの端部に位置し、
    前記二次ロッドのうち１つ以上は、前記電極接点が前記主ロッドから分離するよう、前記主ロッドから角度をなして枝分かれする、
    柔軟電極装置。
15. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、前記誘電体の前記幹構造は、埋め込み中折れ曲がるよう構成される柔軟な骨格を有する、柔軟電極装置。
16. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、前記電極接点の最大形体サイズは１０マイクロメートルであり、また前記電極接点それぞれの面積は３５０平方マイクロメートル未満である、柔軟電極装置。
17. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、前記電極接点は少なくとも２０個の電極接点を含む、柔軟電極装置。
18. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、生体適合性誘電体はポリイミドを有し、また前記電気配線及び前記電極接点は、金又は他の金属を有する、柔軟電極装置。
19. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、生体適合性誘電体は、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン及びアクリルのうち１つ以上を有する、柔軟電極装置。
20. 請求項１０記載の柔軟電極装置において、さらに、挿入ニードルに着脱可能に連結するため、前記誘電体の端部に係合コンポーネントを備え、前記係合コンポーネントは４０マイクロメートル〜６０マイクロメートルの長さのループを有する、柔軟電極装置。
21. 生体適合性柔軟誘電体の第１層を堆積するステップと、
    前記生体適合性柔軟誘電体の前記第１層上に電気配線を堆積するステップであり、前記電気配線がほぼ誘電体の長さに沿って指向し、また前記電気配線におけるそれぞれの電気配線が前記電気配線の第２電気配線から絶縁されるよう、堆積するステップと、
    生体適合性誘電体の長さに沿う側面に電極接点を堆積するステップと、
    前記第１層、前記電気配線及び前記電極接点の上に、電極接点それぞれの露出部分が、前記誘電体の頂面及び前記誘電体の前記長さに沿う側面によって画定される頂端縁を越えて突出して残るよう、前記生体適合性柔軟誘電体の第２層を堆積するステップであり、また前記電極接点それぞれが対応する前記電気配線に結合されている、ステップと、
    を含む、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
22. 請求項２１記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、さらに、生体組織内の流体から基準信号を読み取るよう構成されるとともに、前記電気配線のうち１つに接続される基準電極を堆積するステップを備える、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
23. 請求項２１記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、前記電極接点は、前記誘電体の前記長さに沿って互いに離間した２０〜５０個の電極接点を有し、前記電極接点の中心間間隔は４５マイルロメートル〜５５マイクロメートルであり、また各電極接点の面積は３５０平方マイクロメートル未満である、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
24. 請求項２１記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、前記電極接点それぞれは、ほぼ楕円形状を有している、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
25. 請求項２１記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、生体適合性誘電体はポリイミドを有し、また前記電気配線及び前記電極接点は、金又は他の金属を有する、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
26. 請求項２１記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、生体適合性誘電体は、エポキシ、ポリパラキシレン、パリレン及びアクリルのうち１つ以上を有する、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
27. 請求項２１記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、さらに、挿入ニードルに着脱可能に連結するよう構成される係合コンポーネントを形成し前記誘電体の端部に連結するステップを含む、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
28. 請求項２７記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、前記係合コンポーネントは４０マイクロメートル〜６０マイクロメートルの長さのループを有する、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
29. 請求項２１記載の生体適合性柔軟電極装置製造方法において、前記誘電体の厚さは４マイクロメートル〜８マイクロメートルであり、また前記誘電体の前記長さは１５ミリメートル〜２５ミリメートルである、生体適合性柔軟電極装置製造方法。
    

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