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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