JP2023071354A - Nerve electrode and manufacturing method of nerve electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、神経電極及び神経電極の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a neural electrode and a method for manufacturing a neural electrode.
脳の神経細胞の活動は、細胞体から軸索に沿って送られる活動電位と呼ばれるパルス状の電気信号によって成り立つ。活動電位は、外部からの光刺激や電気刺激によって引き起こすことが可能である。神経電極は、細胞の活動を調べるために脳や神経束のような柔軟な生体組織に電極針を挿入し、神経細胞の活動情報の計測や神経系への情報入力を行なうためのデバイスである。さらに、神経電極の中には、光ファイバや内視鏡と併用して使用することが可能なものも開発されている。 Neuronal activity in the brain consists of pulsed electrical signals called action potentials sent from the cell body along the axons. Action potentials can be triggered by external light stimulation or electrical stimulation. Nerve electrodes are devices that insert electrode needles into flexible biological tissues such as the brain and nerve bundles in order to investigate cell activity, and to measure activity information of nerve cells and input information to the nervous system. . Furthermore, some nerve electrodes have been developed that can be used in combination with optical fibers and endoscopes.
特許文献1には、光ファイバと併用可能な多点刺激機能を有する神経電極が開示されている。当該神経電極は、光ファイバを内蔵したステンレス針を、記録電極及び配線並びに光照射のための窓を加工したポリイミドチューブに挿入する構造を有し、光刺激とその際の電気的活動を計測する。ポリイミドチューブ上の記録電極部と配線は、非平面フォトファブリケーション技術を用いて作製されている。非平面フォトファブリケーション技術とは、フォトリソグラフィやレーザーアブレーションなどで、非平面形状のサンプルに微細加工を施す加工方法である。
非特許文献1には、蛍光内視鏡と併用可能な神経電極が開示されている。チューブ先端側には、記録電極が円周上に6個一列に並んでいる。当該神経電極は、脳の皮質などの層状の部分での測定を目的としている。剛性のチューブ上の配線は、非平面フォトファブリケーション技術を用いて作製されている。当該神経電極は、内部に内視鏡や光ファイバを挿入することが可能である。
Non-Patent
近年、神経電極を極微細蛍光内視鏡と併用して、脳深部での神経細胞の活動を解明する試みが進められている。図12(a)及び(b)に示す非特許文献1の神経電極は、内視鏡と併用可能であるが、チューブに沿って設けられた配線(電極パッド)とプリント基板(PCB;Printed Circuit Board)の配線とを1本ずつ導電性エポキシで電気的に接続しなければ計測等を行なえず、接続作業は手作業で行なう必要があり、熟練を要する。従って、製造に時間を要し、量産性が低いという課題がある。
In recent years, attempts have been made to elucidate the activities of nerve cells in the deep brain by using nerve electrodes in combination with ultrafine fluorescence endoscopes. The nerve electrode of
本開示の神経電極及び神経電極の製造方法は、このような課題に鑑み創案されたものであり、神経電極の製造工程を簡略化し、作製時間を短縮し、量産性を高めることを目的の一つとする。 The nerve electrode and the method for manufacturing the nerve electrode of the present disclosure were invented in view of such problems, and one of the purposes is to simplify the manufacturing process of the nerve electrode, shorten the manufacturing time, and increase mass productivity. one.
ここで開示する神経電極は、筒状の支持体と、前記支持体に設けられるフレキシブル基板と、を備える。前記フレキシブル基板は、電極を有する一端と、コネクタに接続される他端を有し、前記フレキシブル基板上に延在する配線は、前記電極と前記コネクタとを接続する、ことを特徴とする。 A neural electrode disclosed herein comprises a tubular support and a flexible substrate provided on the support. The flexible substrate has one end having an electrode and the other end connected to a connector, and wiring extending on the flexible substrate connects the electrode and the connector.
ここで開示する神経電極の製造方法は、フレキシブル基板の一端に電極を設け、前記電極と前記フレキシブル基板の他端が接続されるコネクタとを接続する配線を前記フレキシブル基板上に延在させ、前記フレキシブル基板の一部を、筒状の支持体の外周面に接着する、ことを特徴とする。 The method for manufacturing a neural electrode disclosed herein includes providing an electrode on one end of a flexible substrate, extending a wiring for connecting the electrode and a connector to which the other end of the flexible substrate is connected, on the flexible substrate, and A part of the flexible substrate is adhered to the outer peripheral surface of the cylindrical support.
本開示の神経電極及び神経電極の製造方法によれば、神経電極の製造工程を簡略化し、作製時間を短縮し、量産性を高めることができる。 According to the neural electrode and the method for manufacturing the neural electrode of the present disclosure, the manufacturing process of the neural electrode can be simplified, the manufacturing time can be shortened, and the mass productivity can be improved.
図面を参照して、実施形態としての神経電極及び神経電極の製造方法について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 A nerve electrode and a method for manufacturing a nerve electrode as an embodiment will be described with reference to the drawings. The embodiments shown below are merely examples, and there is no intention to exclude various modifications and application of techniques not explicitly described in the embodiments below. Each configuration of this embodiment can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Also, they can be selected or combined as needed.
以下の説明では、神経電極を水平面に載置した状態で、電極が設けられている側を前方とし、その反対方向を後方とし、前後を基準に左右を定める。また、重力の方向を下方、その逆を上方として上下方向を定める。さらに、神経電極の前後方向に沿う縦断面の中心に向かう方向を内側とし、縦断面の外周に向かう方向を外側とする。 In the following description, with the nerve electrodes placed on a horizontal surface, the side on which the electrodes are provided is defined as the front side, the opposite direction is defined as the rear side, and left and right are defined with reference to front and back. In addition, the vertical direction is defined by taking the direction of gravity downward and vice versa upward. Furthermore, the direction toward the center of the longitudinal section along the longitudinal direction of the nerve electrode is defined as the inner side, and the direction toward the outer periphery of the longitudinal section is defined as the outer side.
[1.構成]
ここでは、神経電極として、別体の挿入体、例えば内視鏡と併用可能な神経電極を例に挙げて説明する。実施形態に係る神経電極は、脳の深部に存在し運動の開始及び停止に関与する大脳基底核の測定をするためのものである。当該神経電極は、脳表や脳の溝部に置くことも可能である。このため、要求仕様として以下の条件を満たすことが求められる。
(ア)内腔350~550μmの確保
(イ)6電極の円周上に対する等間隔配置(電極間角度60度)
(ウ)低侵襲のため、可能な範囲で最小の外径
(エ)脳への刺入に耐えられる剛性
(オ)生体適合性
[1. composition]
Here, as the nerve electrode, a separate insert, for example, a nerve electrode that can be used together with an endoscope will be described as an example. A neural electrode according to an embodiment is for measuring the basal ganglia, which exists deep in the brain and is involved in the initiation and termination of movement. The neural electrode can also be placed on the surface of the brain or on the sulcus of the brain. Therefore, it is required that the following conditions be satisfied as required specifications.
(a) Securing a lumen of 350 to 550 μm (b) Arrangement of 6 electrodes at equal intervals on the circumference (inter-electrode angle of 60 degrees)
(c) Minimally invasive outer diameter as small as possible (d) Rigidity to withstand puncture into the brain (e) Biocompatibility
[1-1.構造]
図1~図4を参照して、本実施形態に係る神経電極1の構成を説明する。図1は、神経電極1の構造を説明する模式図である。本実施形態の神経電極1は、内側から外側に向かって、筒状の支持体10と、支持体10に設けられるフレキシブル基板20とを備える。さらに、神経電極1は、支持体10及びフレキシブル基板20を部分的に覆う筒状の保護体30を備える。
[1-1. structure]
The configuration of a
支持体10は、神経電極1に作用する圧力負荷を支える骨格部材である。支持体10は、筒状であり、前後方向に沿う縦断面形状は、例えば円や楕円に形成されるが、これらに限られない。支持体10の断面の外径及び前後方向の長さは、使用時に神経電極1を手で把持することが可能な程度の大きさを有し、断面の内径は、後述する挿入体40を挿入可能な程度の大きさを有する。本実施形態に係る支持体10は、細長い円筒形状である。具体的には、支持体10は、外径800μm、内径550μm、長さ40mmのジルコニアセラミック製チューブ(株式会社京セラ製)を用いた。
The
支持体10に設けられた空洞11は、前後方向の一端から他端まで延在し、内側に挿入体40を内包することができる。また、空洞11は、生体組織からの組織液の回収及び生体組織への薬液の注入するための流路としての機能も有する。
A
図2は、フレキシブル基板20を説明する模式図である。フレキシブル基板(以下、FPC(Flexible Printed Circuit)とも称する)20は、生体組織の電気信号の測定及び生体組織への電気刺激を行なうための電気回路である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the
FPC20は、変形でき、かつ、加熱により形状を保持することができる熱可塑性の材料、例えば、液晶ポリマー(LCP;Liquid Crystal Polymer)シートで形成される。具体的には、FPC20の基材として、LCPシート(ESPANEXL809-25-09NEL(日鉄ケミカル&マテリアル製))を用いた。
The
FPC20の一端には記録電極(電極)23が設けられ、他端はコネクタ(不図示)に接続される。記録電極23が設けられる部分を含むFPC20の一部を電極部20aと称し、コネクタに接続される部分を含むFPCの他部をコネクタ部20bと称する。
A recording electrode (electrode) 23 is provided at one end of the
FPC20の上面(表面,オモテ面)には、記録電極23を有する端部と、コネクタに接続される端部との間を繋ぐ配線22が延設されている。配線22はFPC20の上面に連続して延在している。本実施形態に係るFPC20には、6本の配線22が設けられており、各配線22の幅及び配線同士の間隔(配線間隔)は、電極部20a及びコネクタ部20bのそれぞれにおいて等間隔である。具体的には、電極部20aの配線幅は100μm、配線間隔320μm、コネクタ部20bの配線幅は300μm、配線間隔は200μmを用いた。
On the upper surface (front surface) of the
FPC20は、矩形又は矩形が組み合わされた形状を有する。本実施形態に係るFPC20は、矩形が組み合わされた、いわゆるL字を点対称にした形状に形成されている。図2に示す一点鎖線は、FPC20における電極部20aとコネクタ部20bとの境界を示し、前後方向に延在する部分が電極部20aであり、左右方向に延在する部分がコネクタ部20bである。具体的には、電極部20aの左右方向の長さは2.2mm、前後方向の長さは17mmであり、コネクタ部20bの前後方向に長さは2.8mm、左右方向の長さは30mmである。
The
電極部20aは、支持体10の外周面に巻き付けられ、支持体10と電極部20aの下面(裏面)との間に塗布された接着剤12(図3を参照)によって支持体10に接着する。接着方法については後述する。コネクタ部20bは、前後方向に延在する電極部20aの一部(例えば端部)から、外周面から逸脱する方向に延在する(図8を参照)。本実施形態では、コネクタ部20bは、電極部20aが延在する前後方向に対して左方向に、略鉛直に延在する。
The
図3は、神経電極1の前方端部を前方から後方に見た断面模式図であり、コネクタ部20b及び保護体30の図示を省略している。FPC20は、支持体10の外周面に接着するLCP(基材)21と、LCP21上に形成された金属層(第1金属層)である配線22と、第1金属層上に形成された金属層(第2金属層)である記録電極23と、前記第2金属層を部分的に覆う絶縁層24と、を備える。記録電極23は等間隔に設けられており、電極間角度は60度である。なお、図3に示すように、支持体10の上には、FPC20によって覆われていない部分が延在するが、これは、設計上生じるわずかな隙間に過ぎない。支持体10の外周の長さと電極部20aの左右方向の長さとを一致させることにより、隙間が生じないようにすることもできる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the front end of the
図4は、記録電極23を説明するための図1の一部拡大模式図である。図4に示すように、FPC20の前方端部の一部は、記録電極23を露出させるために、絶縁層24によって覆われていない。また、図1に示すように、コネクタ部20bのコネクタ接続側の端部は、配線22をコネクタに接続させるために、絶縁層24で覆われていない。FPC20の作製方法については後述する。
FIG. 4 is a partially enlarged schematic diagram of FIG. 1 for explaining the
図1に戻り、保護体30を説明する。保護体30は、FPC20を外側から保護するとともに、FPC20の絶縁性を補助するための保護部材である。保護体30は、筒状の形状を有し、前後方向に沿う縦断面形状は、例えば円や楕円に形成される。保護体30の断面の外径及び前後方向の長さは、使用時に神経電極1を手で把持することが可能な程度の大きさを有するとともに、FPC20の記録電極23を露出させるために支持体10及びFPC20の前後方向の長さよりも短い。断面の内径は、支持体10及びFPC20を内包することが可能な程度の大きさを有する。具体的には、保護体30は、外径1080μm、内径1000μm、長さ1.5~1.6mmのポリイミドチューブ(PIT-S、古河電気工業株式会社製)を用いて作製された。
Returning to FIG. 1, the
保護体30に設けられた空洞(不図示)は、前後方向の一端から他端に渡って延在し、FPC20が設けられた支持体10の一部を内包することができる。また、保護体30は、FPC20を部分的に覆う。つまり、保護体30は、電極部20aのうち記録電極23が設けられていない部分を覆う。
A cavity (not shown) provided in the
さらに、保護体30の一端には、スリット31が設けられている。図1に示すように、保護体30は、FPC20の電極部20aの記録電極23を露出させ、かつ、FPC20のコネクタ部20bをスリット31から露出させるようにFPC20を覆う。
Furthermore, a
[1-2.製造方法]
次に、図5~図8を参照して、神経電極1の製造方法を説明する。製造方法は、FPC20の作製工程と、支持体10及びFPC20の組立工程とに大別される。
[1-2. Production method]
Next, a method for manufacturing the
[1-2-1.作製工程]
図5は、FPC20の作製工程を説明する図である。
[1-2-1. Manufacturing process]
5A and 5B are diagrams for explaining the manufacturing process of the
<第1工程>基板への貼り付け
第1工程では、筒状の支持体10の外周面に接着するLCP21上に配線22用のCu箔23aを形成する。手順としては、プリント基板26に熱はく離シート25を貼り付け、さらに、その上に、Cu箔23a、LCP21、Cu箔23aを順に貼り付ける。熱はく離シートとは、一定の熱をかけた際に粘着力が低下する特徴を持ったシートのことである。LCP21は基材の一例であり、Cu箔23aは第1金属層の一例である。
本実施形態では、4cm×4cmにカットしたプリント基板に、3.5cm×3.5cmにカットした熱はく離シート(リバアルファ No.319-4H、日東電工株式会社)を貼り付け、熱はく離面に3cm×3cmにカットしたLCPを貼り付けた。この工程は、配線パターニング中にFPCを平坦に保つために行なう。
なお、必要に応じて、機械加工、レーザー加工、エッチング加工などによって局所的にLCP21の厚さを減らしたり、局所的にLCP21に貫通加工を行なったりしてもよい。これにより、後述する曲げ癖付けが容易になり、FPC20の支持体10への接着性が向上する。
<First Step> Attachment to Substrate In the first step,
In this embodiment, a 3.5 cm × 3.5 cm cut thermal release sheet (Riva Alpha No. 319-4H, Nitto Denko Co., Ltd.) is attached to a printed circuit board cut to 4 cm × 4 cm, and 3 cm × 3 cm on the thermal release surface. LCP cut to 3 cm was pasted. This step is performed to keep the FPC flat during wiring patterning.
If necessary, the thickness of the
<第2工程>レジストコーティング
第2工程では、Cu箔23aが形成された面全体にレジスト層27を形成する。手順としては、第1工程で得られた最上面のCu箔23aをポジレジスト(レジスト層27)でスピンコーティングし、プリベイクする。
具体的には、スピンコーター(1H-D7、ミカサ株式会社)を使用し、ポジレジストであるOFPR-800 LB(200cp、東京応化工業)を以下の条件でコーティングした。
1秒加速→700rpm、3秒→3秒加速→3000rpm、20秒→3秒減速
その後、恒温槽で90℃、30分間加熱(プリベイク)を行った。
<Second Step> Resist Coating In the second step, a resist
Specifically, a spin coater (1H-D7, Mikasa Co., Ltd.) was used to coat positive resist OFPR-800 LB (200 cp, Tokyo Ohka Kogyo) under the following conditions.
Acceleration for 1 second→700 rpm, Acceleration for 3 seconds→Acceleration for 3 seconds→3000 rpm, Deceleration for 20 seconds→3 seconds After that, heating (pre-baking) was performed in a constant temperature bath at 90° C. for 30 minutes.
<第3工程>露光、現像
第3工程では、所定の形状が描画された第1マスクを用い、レジスト層27を露光し、露光されたレジスト層27を現像し、レジスト層27を、配線領域を含む形状に加工する。手順としては、マスクをレジスト層27に重ね、平面露光し、現像し、ポストベイクを行なう。ポストベイクによって熱はく離シート25が剥がれる。
具体的には、マスクアライメント装置(MA-20、ミカサ株式会社)を使用し、配線設計通りに作製したマスクをサンプルに重ね、150mJ/cm2で露光を行った。その後、NMD3(東京応化工業)を用いて2分間現像、純水で2回洗浄し、145℃、30分間恒温槽で加熱(ポストベイク)を行なった。この過程で同時に熱はく離シートからLCPをはく離した。
<Third step> Exposure and development In the third step, the resist
Specifically, using a mask alignment device (MA-20, Mikasa Co., Ltd.), a mask prepared according to the wiring design was superimposed on the sample, and exposed at 150 mJ/cm 2 . Then, it was developed with NMD3 (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) for 2 minutes, washed twice with pure water, and heated (post-baked) in a constant temperature bath at 145° C. for 30 minutes. This process simultaneously released the LCP from the thermal release sheet.
<第4工程>Cu層エッチング、レジスト除去
第3工程で得られたレジスト層27が形成されたCu箔23aをウェットエッチングし、レジスト層27を除去する。手順としては、Cu箔23aをエッチングし、残ったレジスト層27をアセトンで落とす。
具体的には、Cuエッチング液(H-1000A、サンハヤト)に配線を、レジストが付着していない面をつけ5分、その後裏返し銅箔がなくなるまでエッチングを行ない、純水で2回洗浄した。残ったレジストを除去するために、アセトンを入れたシャーレにサンプルを2分間ほど浸した後、エタコールを入れたシャーレに2分浸し、その後純水で10回ほど洗浄した後、乾燥させた。
<Fourth Step> Cu Layer Etching, Resist Removal
Specifically, the wiring was immersed in a Cu etchant (H-1000A, Sanhayato) for 5 minutes on the side where the resist was not adhered, then etched until the copper foil was removed and washed twice with pure water. To remove the remaining resist, the sample was immersed in a petri dish containing acetone for about 2 minutes, then immersed in a petri dish containing ethacol for 2 minutes, washed with pure water about 10 times, and then dried.
<第5工程>Ni、Auめっき
第5工程では、Cu箔23aの上に記録電極23用のNi23b及びAu23cを形成する。手順としては、記録電極23となるNi23b、Au23cの順番で電解めっきを行なう。Ni23b及びAu23cは、第2金属層の一例である。
具体的には、FPC20の電極部20aとなる部分にNiめっき→Auめっきの順にめっきを行なった。めっき条件を表1に示す。
Specifically, the portions of the
<第6工程>基板準備
第6工程では、LCP21のCu箔23aが形成された側と反対側全体に熱はく離シート25を貼り付ける。手順としては、第1工程と同様に、プリント基板26の上に熱はく離シート25を貼り付け、さらに、その上に第6工程までに得られたLCP21の層を貼り付ける。
具体的には、第1工程の具体例と同サイズのプリント基板及び熱はく離シートを用意し、LCPを貼り付けた。続く第7工程で使用する絶縁層がコネクタ部20bにコーティングされるのを防ぐため、配線表面に、熱はく離面を下にして熱はく離シートを貼り付けた。
<Sixth Step> Substrate Preparation In the sixth step, a
Specifically, a printed circuit board and a thermal release sheet having the same size as those of the specific example of the first step were prepared, and LCP was adhered thereto. In order to prevent the
<第7工程>絶縁層コーティング
第7工程では、Au23c側の面全体に絶縁層24をコーティングする。手順としては、スピンコーターを使用して、絶縁層24として感光性ポリイミドをコーティングする。
具体的には、スピンコーターを使用し、感光性ポリイミドであるPW1200(フォトニース、東レ株)を以下の条件でコーティングした。
1秒加速→700rpm、10秒→3秒加速→2400rpm、30秒→3秒減速
その後、恒温槽で110℃、5分間加熱(プリベイク)を行なった。
<Seventh Step> Insulating Layer Coating In the seventh step, the insulating
Specifically, a spin coater was used to coat PW1200 (Photoneece, Toray Industries, Inc.), which is a photosensitive polyimide, under the following conditions.
Acceleration for 1 second→700 rpm, Acceleration for 10 seconds→Acceleration for 3 seconds→2400 rpm, Deceleration for 30 seconds→Deceleration for 3 seconds After that, heating (pre-baking) was performed in a constant temperature bath at 110° C. for 5 minutes.
<第8工程>露光、現像
第8工程では、所定の形状が描画された第2マスクを用い、絶縁層24を露光し、露光された絶縁層24を現像し、絶縁層24を記録電極23の領域が露出する形状に加工する。手順としては、記録電極23となる部位を露光現像し、加熱する。
独自に開発されたマスクレス露光機を使用し電極の露光を実施した。露光条件を表2に示す。露光半径はアパーチャーと対物レンズ倍率で定めることができ、今回は半径が5μmとなる設定で行なった。
The electrodes were exposed using a maskless exposure machine that was originally developed. Table 2 shows the exposure conditions. The exposure radius can be determined by the aperture and the magnification of the objective lens, and this time the radius was set to 5 μm.
[1-2-2.組立工程]
次に、図6~図8を参照して、支持体10及びFPC20を一体化する組立工程を説明する。組立工程は、曲げ癖付け工程、接着工程、挿入工程に分けられる。
[1-2-2. Assembly process]
Next, an assembly process for integrating the
<曲げ癖付け工程>
図6はFPC20の曲げ癖付け工程を説明する図である。上述した作製工程により作製されたFPC20を所定の大きさにカットし、FPC20を筒状の部材(例えば、金属パイプ)に巻き付け、逆作用ピンセット50で電極部20a全体を挟んで固定する。さらに、挟まれた電極部20a全体を逆作用ピンセット50ごと加熱する。
具体的には、作製したFPCを、配線に沿う形でカミソリを使用し正方形のFPCのシートから一部を切り取ることで、L字形状にカットした。その後、金属パイプにFPCを巻き付け、逆作用ピンセットで挟んで固定し、ホットプレートで150℃、30分加熱した。
なお、L字形状にカットされたFPCの内側の角部分は、強度を維持するために、面取りされた形状であってもよい。
曲げ癖付けにより、FPC20があらかじめ円筒に近い形状になるため、FPC20の支持体10への接着が容易になり、接着後、支持体10から剥がれることを防止できる。
<Curving process>
FIG. 6 is a diagram for explaining the bending process of the
Specifically, the manufactured FPC was cut into an L shape by cutting a part of the square FPC sheet along the wiring using a razor. After that, the FPC was wound around a metal pipe, fixed by sandwiching it with counteracting tweezers, and heated at 150° C. for 30 minutes on a hot plate.
The inner corners of the L-shaped FPC may be chamfered to maintain strength.
Since the
<接着工程>
図7は、支持体10にFPC20(電極部20a)を接着する接着工程を説明する図である。接着部位を土台51に押し付けるような形で接着を行なう。
初めに、上述した曲げ癖付け工程により湾曲した電極部20aの中央部に接着剤12を塗布し(工程1)、そこに支持体10を押し当て、接着するまで力をかける(工程2)。接着が確認できた後、支持体10と電極部20aとの隙間に接着剤12を塗布する(工程3)。接着剤12が支持体10の外周面に広がる様に上から圧力をかけながら支持体10を回転させて電極部20aを支持体10に巻き付けていく。さらに、支持体10の外周面に電極部20aの左右方向の一端が接着するまで押し付ける(工程4)。電極部20aの左右方向の他端も工程3及び工程4と同様の手法で支持体10の外周面に接着させる(工程5及び工程6)。
具体的には、接着工程では、土台としてテフロンシート(PTFEフィルム、フロン工業;「テフロン」は登録商標)を使用し、接着部位を土台に押し付ける形で接着を行った。まず、接着剤の接着力を上げるために、曲げ癖付けしたFPCの接着面を、工業用綿棒(HUBY340、株式会社山洋)を使用して純水で湿らせた後、液体接着剤(アロンアルファA、三共)を接着面の中心軸付近に配線と平行になるように塗布した。そこにセラミックチューブを置き、接着剤が広がっていくように2、3回動かした後、接着するまで押し付けた。次に、チューブとFPCの隙間部分に接着剤を塗布し、上から圧力をかけながらチューブを回転させ、接着剤を外周面に広げていった。カミソリでカットした端面が下部に来た所で上から圧力をかけ、接着するまで固定した。これを左右方向の両側の端面がチューブに接着する様に実施した。
<Adhesion process>
7A and 7B are diagrams for explaining a bonding process for bonding the FPC 20 (
First, the adhesive 12 is applied to the central portion of the
Specifically, in the bonding step, a Teflon sheet (PTFE film, manufactured by Flon Industries; "Teflon" is a registered trademark) was used as a base, and bonding was performed by pressing the bonding site against the base. First, in order to increase the adhesive strength of the adhesive, the adhesive surface of the FPC that has been bent is moistened with pure water using an industrial cotton swab (HUBY340, Sanyo Co., Ltd.), and then a liquid adhesive (Aron Alpha) is applied. A, Sankyo) was applied near the central axis of the bonding surface so as to be parallel to the wiring. A ceramic tube was placed there, moved a few times to spread the adhesive, and then pressed until it adhered. Next, an adhesive was applied to the gap between the tube and the FPC, and the tube was rotated while applying pressure from above to spread the adhesive over the outer peripheral surface. When the edge cut with a razor came to the bottom, pressure was applied from above to fix it until it was adhered. This was carried out so that the end surfaces on both sides in the left-right direction were adhered to the tube.
図8は、接着工程の終了時点の状態を示す図である。上述した曲げ癖付け工程及び接着工程により図8に示す状態となり、その後、以下に示す挿入工程が実施される。 FIG. 8 is a diagram showing the state at the end of the bonding process. The state shown in FIG. 8 is obtained by the bending process and the bonding process described above, and then the insertion process described below is performed.
<挿入工程>
最後に、保護体30でFPC20が接着された支持体10を覆う。保護体30は、コネクタ部20bの配線22がスリット31を介して外側に露出されるように、かつ、電極部20aの記録電極23が露出されるように、支持体を覆う。
具体的には、コネクタ部の配線を外に出すために前後方向に長さ5mmの切り込みを入れたポリイミドチューブを、FPCを接着したセラミックチューブに被せた。その後、ポリイミドチューブとFPCとの隙間を非導電性エポキシ(EPO-TEK 301、株式会社理経)で埋め、ホットプレートで70℃、1時間加熱硬化した。
上述した挿入工程により、図1に示す神経電極1を得られる。
<Insertion process>
Finally, a
Specifically, the ceramic tube to which the FPC was adhered was covered with a polyimide tube having a cut of 5 mm in length in the front-rear direction in order to expose the wiring of the connector. After that, the gap between the polyimide tube and the FPC was filled with a non-conductive epoxy (EPO-TEK 301, Rikei Co., Ltd.) and cured by heating on a hot plate at 70° C. for 1 hour.
Through the insertion step described above, the
図9は、神経電極1を挿入体40と併用する場合を示す図である。図9に示すように、神経電極1の空洞11には挿入体40を挿入することが可能である。空洞11内で挿入体40は前後方向(長手方向)に移動可能である。例えば、挿入体40として内視鏡及び光ファイバが挙げられる。神経電極1を挿入体40と併用することで、神経細胞の活動の計測精度が向上する。
FIG. 9 is a diagram showing a case where the
一例として、神経電極1を蛍光内視鏡40と併用する例を説明する。脳を対象とする商品化されている蛍光内視鏡として、低侵襲の極微細蛍光イメージングシステム(Ultra-thin Fluorescence Endoscope Imaging System:U-FEIS)がある。U-FEISは、極微細内視鏡部と、画像取得用カメラ及び蛍光色素励起用レーザーで構成される専用小型イメージングシステム部とを備える。特に、極微細内視鏡部40は、イメージファイバ41と、イメージファイバ41の先端に設けられた微小レンズ42と、イメージファイバ41及び微小レンズ42を外側から保護する保護金属管43とで構成される。具体的には、イメージファイバ41及び微小レンズの直径は約450μm、保護金属管43の直径は約450μmである。極微細内視鏡部40は、2μmレベルの空間分解能を有するため、細胞活動を充分に認識できる。
As an example, an example of using the
[2.作用,効果]
(1)上述の神経電極1は、筒状の支持体10と、支持体10に設けられるフレキシブル基板20と、を備える。フレキシブル基板20は、記録電極23を有する一端と、コネクタに接続される他端を有し、フレキシブル基板20上に延在する配線22は記録電極23とコネクタとを接続する。
これにより、フレキシブル基板20は、記録電極23とコネクタとを接続する配線22を有するため、先行技術のように配線を手作業で接続する必要がない。従って、配線の自由度があり、作製プロセスを少なくでき、製造時間を短くできる。ひいては、量産性が向上する。
[2. action, effect]
(1) The
Accordingly, since the
(2)さらに、フレキシブル基板20は、筒状の支持体10の外周面に接着するLCP21と、LCP21上に形成された配線22用の第1金属層23aと、第1金属層23a上に形成された記録電極23用の第2金属層23b,23cと、第2金属層23b,23cを部分的に覆う絶縁層24と、を備える。
このような構成のフレキシブル基板20は、製造工程を簡略でき、製造時間が短縮できるため、量産に供する。
(2) Further, the
The
(3)フレキシブル基板20は、記録電極23を有し支持体10の外周面に接着する電極部20aと、電極部20aの一部から支持体10の外周面から逸脱する方向に延在するコネクタ部20bとを有する。
フレキシブル基板20がL字形状であることで、神経電極1全体をコンパクトにできる。
(3) The
Since the
(4)フレキシブル基板20は熱可塑性材料から成る。
これにより、平面回路を立体形状に変形することができる。
(4) The
As a result, the planar circuit can be transformed into a three-dimensional shape.
(5)神経電極1は、フレキシブル基板20を部分的に覆う筒状の保護体30を有する。
これにより、支持体10及びフレキシブル基板20を保護することができる。
(5) The
Thereby, the
(6)保護体30は、一端にスリット31を有し、保護体30は、電極部20aのうち記録電極23が設けられていない部分を覆い、コネクタ部20bはスリット31から露出される。
保護体30は、フレキシブル基板20に適合する形状であるため、神経電極1全体をコンパクトにできる。
(6) The
Since the
(7)支持体10は内部に挿入体40を挿入する空洞11を有し、挿入体40は空洞11を長手方向に移動可能である。
(8)挿入体40は内視鏡及び光ファイバのいずれか一方からなることを特徴とする。
これにより、計測器や光刺激デバイスを神経電極1と組み合わせて使用することで、神経細胞の計測の精度を高められる。
(7) The
(8) The
Accordingly, by using a measuring instrument or an optical stimulation device in combination with the
(9)フレキシブル基板20の作製工程は、筒状の支持体10の外周面に接着する基材21上に配線用の第1金属層23aを形成する第1工程と、第1金属層23aが形成された面全体にレジスト層27を形成する第2工程と、所定の形状が描画された第1マスクを用い、レジスト層27を露光し、露光されたレジスト層27を現像し、レジスト層27を配線領域を含む形状に加工する第3工程と、第3工程で得られたレジスト層27が形成された第1金属層23aをウェットエッチングし、レジスト層27を除去する第4工程とを含む。
さらに、フレキシブル基板20の作製工程は、第1金属層23aの上に電極用の第2金属層23b,23cを形成する第5工程と、基材21の第1金属層23aが形成された側と反対側全体に熱はく離シート25を貼り付ける第6工程と、第2金属層23c側の面全体に絶縁層24をコーティングする第7工程と、所定の形状が描画された第2マスクを用い、絶縁層24を露光し、露光された絶縁層24を現像し、絶縁層24を電極領域が露出する形状に加工する第8工程とを含む。
このような工程での作製は容易であり、製造時間を短くできるため、量産性が向上する。また、当該工程で作製されるフレキシブル基板20は、先行技術のように配線を手作業で接続したものに比べ、配線の位置精度が高い。
(9) The manufacturing process of the
Furthermore, the manufacturing process of the
Manufacturing by such a process is easy, and the manufacturing time can be shortened, so that mass productivity is improved. In addition, the
[3.変形例]
上述した神経電極1の構成は一例である。また、上述した材料も一例であり、同様の性質及び効果が得られる他の材料を採用することができる。
[3. Modification]
The configuration of the
上述した実施形態では、図8に示すように、電極部20aのみが支持体10に接着されているが、電極部20aだけでなく、コネクタ部20bも電極部20aの上に接着されてもよい。図10は、FPC20の巻き方の変形例である。図10に示すように、コネクタ部20bを電極部20aの上に1周分巻き付け、電極部20aとコネクタ部20bとの隙間を接着剤12で固定してもよい。これにより、配線22の屈曲した部分でFPC20が切れるのを防ぐことができる。また、上述したFPC20は支持体10に時計回りで巻き付けられているが、図10の例のように、反時計回りに巻き付けてもよい。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 8, only the
図11はFPC20の形状の変形例である。図11(a)に示すように、FPC20のLCP21の下面に溝を設けることで、支持体10の外周面に沿わせるときにFPC20が湾曲しやすくなるため(図11(b)参照)、支持体10への接着をより強固にすることができる。また、図11(c)に示すように、FPC20のLCP21の上面に凹形状の溝、下面に凸形状の溝を設け、支持体10にFPC20を巻き付けたときに溝同士をはめ込ませ(図11(d)参照)、接着することで、支持体10への接着をより強固にすることができる。
FIG. 11 shows a modification of the shape of the
1 神経電極
10 支持体
11 空洞
12 接着剤
20 FCP(フレキシブル基板)
20a 電極部
20b コネクタ部
21 LCP(液晶ポリマー,基材)
22 配線
23 記録電極(電極)
23a Cu箔(第1金属層)
23b Ni(第2金属層)
23c Au(第2金属層)
24 絶縁層
25 熱はく離シート
26 プリント基板
27 レジスト(ポジレジスト,レジスト層)
30 保護体
31 スリット
40 挿入体
41 イメージファイバ
42 微小レンズ
43 保護金属管
50 逆作用ピンセット
51 土台
1
22
23a Cu foil (first metal layer)
23b Ni (second metal layer)
23c Au (second metal layer)
24 insulating
30
Claims (10)
前記支持体に設けられるフレキシブル基板と、
を備え、
前記フレキシブル基板は、電極を有する一端と、コネクタに接続される他端を有し、
前記フレキシブル基板上に延在する配線は、前記電極と前記コネクタとを接続する
ことを特徴とする、神経電極。 a tubular support;
a flexible substrate provided on the support;
with
The flexible substrate has one end having an electrode and the other end connected to a connector,
A neural electrode, wherein the wiring extending on the flexible substrate connects the electrode and the connector.
前記筒状の支持体の外周面に接着する基材と、
前記基材上に形成された配線用の第1金属層と、
前記第1金属層上に形成された前記電極用の第2金属層と、
前記第2金属層を部分的に覆う絶縁層と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の神経電極。 The flexible substrate is
a substrate adhered to the outer peripheral surface of the tubular support;
a first metal layer for wiring formed on the base material;
a second metal layer for the electrode formed on the first metal layer;
an insulating layer partially covering the second metal layer;
2. The neural electrode of claim 1, comprising:
前記電極を有し前記支持体の外周面に接着する電極部と、
前記電極部の一部から前記支持体の外周面から逸脱する方向に延在するコネクタ部と、
を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の神経電極。 The flexible substrate is
an electrode portion having the electrode and adhered to the outer peripheral surface of the support;
a connector portion extending from a portion of the electrode portion in a direction deviating from the outer peripheral surface of the support;
3. The nerve electrode according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises:
ことを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の神経電極。 A neural electrode according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said flexible substrate is made of a thermoplastic material.
ことを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の神経電極。 The neural electrode according to any one of claims 1 to 4, further comprising a cylindrical protector that partially covers the flexible substrate.
前記保護体は前記電極部のうち前記電極が設けられていない部分を覆い、
前記コネクタ部は前記スリットから露出される
ことを特徴とする、請求項3に従属する請求項5に記載の神経電極。 The protector has a slit at one end,
the protector covers a portion of the electrode portion where the electrode is not provided;
6. A neural electrode as claimed in claim 5 when dependent on claim 3, wherein the connector portion is exposed through the slit.
ことを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の神経電極。 Nerve according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said support has a cavity into which an insert is inserted, said insert being longitudinally movable in said cavity. electrode.
ことを特徴とする、請求項7に記載の神経電極。 8. The nerve electrode according to claim 7, wherein said insert comprises one of an endoscope and an optical fiber.
前記フレキシブル基板の一部を、筒状の支持体の外周面に接着する
ことを特徴とする、神経電極の製造方法。 An electrode is provided at one end of a flexible substrate, and a wiring connecting the electrode and a connector to which the other end of the flexible substrate is connected extends on the flexible substrate,
A method of manufacturing a neural electrode, comprising bonding a portion of the flexible substrate to the outer peripheral surface of a cylindrical support.
前記筒状の支持体の外周面に接着する基材上に前記配線用の第1金属層を形成する第1工程と、
前記第1金属層が形成された面全体にレジスト層を形成する第2工程と、
所定の形状が描画された第1マスクを用い、前記レジスト層を露光し、露光された前記レジスト層を現像し、前記レジスト層を配線領域を含む形状に加工する第3工程と、
前記第3工程で得られた前記レジスト層が形成された前記第1金属層をウェットエッチングし、前記レジスト層を除去する第4工程と、
前記第1金属層の上に電極用の第2金属層を形成する第5工程と、
前記基材の前記第1金属層が形成された側と反対側全体に熱はく離シートを貼り付ける第6工程と、
前記第2金属層側の面全体に絶縁層をコーティングする第7工程と、
所定の形状が描画された第2マスクを用い、前記絶縁層を露光し、露光された前記絶縁層を現像し、前記絶縁層を電極領域が露出する形状に加工する第8工程と、
で作製される
ことを特徴とする、請求項9に記載の神経電極の製造方法。
The flexible substrate is
a first step of forming the first metal layer for wiring on a substrate adhered to the outer peripheral surface of the cylindrical support;
a second step of forming a resist layer on the entire surface on which the first metal layer is formed;
a third step of exposing the resist layer using a first mask on which a predetermined shape is drawn, developing the exposed resist layer, and processing the resist layer into a shape including a wiring region;
a fourth step of wet etching the first metal layer on which the resist layer obtained in the third step is formed to remove the resist layer;
a fifth step of forming a second metal layer for an electrode on the first metal layer;
a sixth step of attaching a thermal release sheet to the entire side of the substrate opposite to the side on which the first metal layer is formed;
a seventh step of coating an insulating layer on the entire surface on the side of the second metal layer;
an eighth step of exposing the insulating layer using a second mask on which a predetermined shape is drawn, developing the exposed insulating layer, and processing the insulating layer into a shape in which an electrode region is exposed;
10. The method for manufacturing the neural electrode according to claim 9, wherein the neural electrode is manufactured by
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