KR101866199B1 - 코일을 내재하는 신경 탐침 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

신경 탐침 구조체는 생체 내부로 삽입되는 탐침과, 상기 탐침의 내부에 형성되는 자기장 유도체를 포함하며, 상기 자기장 유도체는 전원이 공급됨에 따라 자기장을 발생시켜 상기 탐침이 삽입된 생체의 자극 대상 부위에 자기 자극을 가한다.
이러한 신경 탐침 구조체의 제조 방법은 제1 기판에 제1 패턴을 형성하고, 상기 제1 패턴에 전도체를 충진하는 단계와, 상기 제1 기판 상에 제2 기판을 적층하는 단계와, 상기 제2 기판에 상기 제1 패턴과 연결되는 제2 패턴을 형성하고, 상기 제2 패턴에 전도체를 충진하는 단계를 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 상기 탐침을 이루고, 상기 제1 패턴의 전도체와 상기 제2 패턴의 전도체는 상기 자기장 유도체를 이룬다.

Description

코일을 내재하는 신경 탐침 구조체 및 그 제조 방법{NEURAL PROBE STRUCTURE COMPRISING COIL EMBEDDED THEREIN AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 신경 탐침 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체 내부에 삽입되어 자기장 등으로 삽입된 신체 부위의 신경을 자극하고, 자극된 신경으로부터 발생하는 신호를 획득할 수 있는 신경 탐침 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 각종 뇌질환을 치료하고 뇌의 동작 메커니즘을 규명하기 위하여, 다양한 자극 수단으로써 뇌신경을 자극하고, 이러한 자극에 의해 뇌신경이 방출하는 신경 신호를 감지하고 분석하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
뇌신경을 자극하는 방법으로는 전류를 인가하여 뇌신경을 자극하는 전기 자극, 유체를 주입하여 뇌신경을 자극하는 약물 자극, 광을 조사하여 뇌신경을 자극하는 광 자극, 자기장의 세기를 변화시킴으로써 뇌신경을 자극하는 자기 자극 등이 있다. 목표 부위의 뇌신경을 상기 자극 수단들을 이용하여 인위적으로 자극함으로써, 이에 대해 뇌신경이 반응하여 방출하는 신경 신호를 수집할 수 있다.
뇌신경 자극 수단들 중 전기 자극, 약물 자극, 광 자극의 경우, 뇌 내에 삽입 시 큰 손상을 일으키지 않으며 각각의 자극 매개체를 전달할 수 있도록, 마이크로 머시닝 기술을 통해 미세하게 제작된 신경 탐침을 뇌내에 직접 삽입하여 뇌신경을 자극한다.
전기 자극의 경우 신경 탐침의 원위 단부까지 연결된 전극에서 전기 신호를 방출함으로써 뇌신경을 자극한다. 약물 자극의 경우 신경 탐침 내에 형성된 미소 유체 채널을 통해 약물을 뇌내에 주입함으로써 뇌 신경을 자극한다. 광 자극의 경우 신경 탐침에 구비된 광도파체를 통하여 뇌내에 광을 조사함으로써 뇌신경을 자극한다. 이와 같이, 뇌내로 삽입된 신경 탐침을 통해 자극을 요하는 부위를 직접 자극할 수 있다.
그러나, 전기 자극의 경우, 뇌를 이루는 물질 자체가 전도성이 있어 뇌신경을 국부적으로 자극하기 곤란하며 뇌신경에 손상을 가할 수도 있는 문제점이 있다. 또한, 광 자극의 경우, 뇌신경을 광의 조사로써 자극하기 위해 특정 파장의 광에 의해 활성과 비활성이 이루어지는 특정한 유전자의 주입을 요하여, 추후 임상 적용을 위한 문제 해결이 요구되고 있다.
한편, 기존의 자극 수단 중 자기 자극의 경우, 뇌 내부로의 삽입 또는 그밖에 수술 없이, 금속 코일로 형성된 자기 자극 장치를 통해 두개골 외부에서 뇌신경을 자극한다. 이러한 종래의 자기 자극은 뇌에 손상을 일으키지 않고 뇌신경을 자극할 수 있는 장점을 가지고 있다.
그러나, 종래의 자기 자극에 의하면, 두개골 외부에서 자기장을 인가하여 뇌신경을 자극하므로, 자극을 요하는 부분의 뇌신경만을 국부적으로 자극하는 것이 곤란하다. 특히, 뇌심부의 뇌신경의 자극할 경우에는 자기 자극의 집중도를 높이는 것이 더욱 어려워진다.
따라서, 자극으로 인한 뇌신경 손상을 최소화하면서, 뇌신경을 국부적으로 자극하여 집중도를 높일 수 있는 자기 자극 수단과 이를 제조하기 위한 방법의 필요성이 증대되고 있다.
한국 등록 특허 공보 제10-0696724호 (2007. 3. 12)
본 발명은 전도성 코일을 내재하는 탐침을 체내에 삽입하고, 코일에 전류를 인가하여 자기장을 발생시킴으로써, 삽입된 신체 부위를 국부적으로 자기 자극하여 반응 신호를 수집할 수 있는 신경 탐침 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 구조체는 생체 내부로 삽입되는 탐침; 및 상기 탐침의 내부에 형성되는 자기장 유도체를 포함하며, 상기 자기장 유도체는 전원이 공급됨에 따라 자기장을 발생시켜 상기 탐침이 삽입된 생체의 자극 대상 부위에 자기 자극을 가한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장 유도체는 코일일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코일은 그 축방향이 상기 탐침의 삽입 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코일은 그 축방향이 상기 탐침의 삽입 방향과 수직하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코일은 사각 코일일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 인접하게 배치된 한 쌍의 자기장 유도체를 포함하며, 상기 자극 대상 부위에서 상기 한 쌍의 자기장 유도체에 의한 각각의 자기장이 서로 보강될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장 유도체는 각각의 축방향이 서로 평행한 한 쌍의 코일이며, 상기 한 쌍의 코일에 의한 각각의 자기장의 방향이 축방향에 대해 서로 반대가 되어, 상기 한 쌍의 코일의 개방 단부 전방의 상기 자극 대상 부위에서 자기장이 서로 보강될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탐침의 길이 방향으로 이격되어 배치되는 복수의 자기장 유도체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기 자극에 따라 발생하는 신경 신호를 획득하는 전극 어레이가 상기 탐침에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탐침은 생체 내 온도를 측정할 수 있는 온도 센서 어레이를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 신경 탐침 구조체의 제조 방법은, 제1 기판에 제1 패턴을 형성하고, 상기 제1 패턴에 전도체를 충진하는 단계와, 상기 제1 기판 상에 제2 기판을 적층하는 단계와, 상기 제2 기판에 상기 제1 패턴과 연결되는 제2 패턴을 형성하고, 상기 제2 패턴에 전도체를 충진하는 단계를 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 상기 탐침을 이루고, 상기 제1 패턴의 전도체와 상기 제2 패턴의 전도체는 상기 자기장 유도체를 이룬다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장 유도체는 코일의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 패턴의 전도체는 개루프 형태의 상기 코일의 제1 턴이며, 상기 제2 패턴의 전도체는 상기 제1 턴의 일단에서 상방으로 연장되는 기둥이고, 개루프 형태의 상기 코일의 나머지 턴들과, 각각의 턴들을 전기적으로 연결하는 기둥들 중 하나를 교번하여 포함하는 하나 이상의 기판들을 상기 제2 기판 상에 순차적으로 적층하는 단계를 더 포함하여, 그 축방향이 상기 탐침의 삽입 방향에 대해 수직하도록 배치된 코일을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 패턴의 전도체는 상기 코일의 각 턴들의 기저부이며, 상기 제2 패턴의 전도체는 상기 각 턴들의 기저부 양단에서 상방으로 각각 연장되는 기둥들이고, 상기 제2 기판 상에, 인접하는 두 턴 중 하나의 턴의 일측 기둥과 다른 하나의 턴의 타측 기둥을 연결하는, 상기 코일의 각 턴들의 상단부를 포함하는 제3 기판을 적층하는 단계를 포함하여, 그 축방향이 상기 탐침의 삽입 방향과 평행하도록 배치된 코일을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 구조체의 개략적인 사시도이다.
도 2는 하나의 코일이 탐침의 삽입 방향에 대해 수직하게 배치된 신경 탐침 구조체의 일 예를 개략적으로 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 3은 하나의 코일이 탐침의 삽입 방향에 대해 평행하게 배치된 신경 탐침 구조체의 일 예를 개략적으로 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 4는 두 개의 코일들이 탐침의 삽입 방향에 대해 수직하게 배치된 신경 탐침 구조체의 일 예를 개략적으로 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 5는 두 개의 코일들이 탐침의 삽입 방향에 대해 평행하게 배치된 신경 탐침 구조체의 일 예를 개략적으로 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 6은 하나의 코일을 사용하였을 경우 코일 주위의 자기장 분포를 도시한다.
도 7은 두 개의 코일들을 사용하였을 경우 코일 주위의 자기장 분포를 도시한다.
도 8(a) 내지 도 8(g)는 도 2의 신경 탐침 구조체의 제조 방법에 따른 각 단계에서의 상태를 도시하는 개략적인 평면도 및 측면도이다.
도 9(a) 내지 도 9(c)는 도 3의 신경 탐침 구조체의 제조 방법에 따른 각 단계에서의 상태를 도시하는 개략적인 평면도 및 측면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 구조체에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 구조체(100)는 탐침(110)과, 몸체(120)로 이루어질 수 있다.
탐침(110)은 생체, 예를 들면 인체 내부에 삽입되는 부분이다. 탐침(110)은, 피부 표면으로부터 자극이 요구되는 최대 깊이의 부위까지의 거리를 고려하여, 탐침(110)의 원위 단부에서 해당 부위로의 자기 자극이 이루어질 수 있도록 적절한 길이로 제작될 수 있다. 또한, 탐침(110)은, 그 재질과 길이를 고려하여, 쉽게 부러지지 않으면서, 삽입 시 인체에 주는 손상을 최소화할 수 있도록, 최대한 가늘게 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 체내에 가장 먼저 삽입되는 탐침(110)의 원위 단부는 날카롭게 형성되는 것이 원활한 삽입을 통해 통증을 최소화할 수 있는 점에서 유리하다.
탐침(110)은 몸체(120)에 고정된다. 탐침(110)은 그 근위 단부가 몸체(120)에 고정되고 원위 단부가 몸체(120)로부터 돌출되는 형태로 형성된다. 이러한 탐침(110)은 몸체(120)와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 탐침(110)과 몸체(120)는 실리콘으로 이루어진 일체의 웨이퍼로 형성될 수 있다.
탐침(110)의 내부에는 하나 이상의 코일(130)이 형성된다. 코일(130)은 전원이 공급됨에 따라 자기장을 발생시킨다. 코일(130)은 전류의 세기, 코일(130)의 감긴 횟수 등을 조절하여 자기장의 크기를 제어할 수 있는 점에서 유리하다. 다만, 코일(130) 외에도 탐침(110)의 삽입 시 탐침(110)이 삽입된 신체의 자극 대상 부위에 자기 자극을 가할 수 있는 다양한 형상의 자기장 유도체가 탐침(110)에 구비될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
코일(130)은 탐침(110)의 원위 단부에 배치될 수 있다. 탐침(110)이 체내로 삽입됨에 따라 코일(130)은 자극 대상 부위와 인접하거나 자극 대상 부위 내부에 위치한다. 탐침(110)이 체내에 삽입된 채 코일(130)에 전력이 공급됨에 따라, 코일(130)에 의해 발생하는 자기장이 자극 대상 부위를 자극한다.
코일(130)은 탐침(110)의 원위 단부와 근위 단부 사이에 배치될 수도 있다. 이로써, 탐침(110)의 원위 단부 외에도, 그보다 얕은 깊이의 자극 대상 부위를 동시에 자극할 수 있다. 이때, 탐침(110)의 원위 단부에는 다른 방식의 자극 수단이 구비될 수도 있으며, 후술하는 바와 같이 복수의 코일(130)이 탐침(110) 상의 복수의 위치에 배치될 수도 있다.
코일(130)에 전류가 흐르면, 코일(130)을 중심으로 자기장이 형성된다. 코일(130)에 흐르는 전류의 방향 및 코일(130)이 감긴 방향에 따라 자기장의 방향이 달라진다. 대체로, 코일(130)의 일측 개방 단부로부터 시작하여 타측 개방 단부로 돌아가는 형태로 자기장이 형성된다. 탐침(110)에 배치되는 코일(130)의 축방향에 따라 코일(130)에 의한 자기장도 다양한 각도로 형성될 수 있다.
코일(130)은 탐침(110) 내에 다양한 각도로 배치될 수 있으나, 미세 크기로 제작됨에 따른 수율 측면에서, 도 2에 도시된 바와 같이 그 축방향이 탐침(110)의 삽입 방향과 수직하거나, 도 3에 도시된 바와 같이 그 축방향이 탐침(110)의 삽입 방향과 평행하게 배치되는 것이 유리하다.
먼저, 수직형 코일(130)은 삽입 시 자기장의 세기가 상대적으로 센 코일(130)의 양측 개방 단부가 자극 대상 부위와 양면으로 인접하도록 배치될 수 있다. 탐침(110)의 두께로 인하여 수직형 코일(130)의 경우 코일(130)이 감긴 횟수가 상대적으로 적을 수 있다. 이러한 점에서, 수직형 코일(130)은 상대적으로 약한 세기의 자기장으로 넓은 자극 대상 부위에 자기 자극을 하는 경우에 적합하다고 볼 수 있다.
한편, 수평형 코일(130)은 삽입 시 자기장의 세기가 상대적으로 센 코일의 양측 개방 단부 중 일측이 삽입 방향을 따라 자극 대상 부위와 인접하도록 배치된다. 코일(130)의 타측 개방 단부는 자극 대상 부위로부터 상대적으로 멀게 배치된다. 한편, 수평형 코일(130)의 경우, 설계상 코일(130)의 감긴 횟수를 증감하는 것이 상대적으로 용이한 바, 목표 부위에 대한 자기장을 더 크거나 작게 하는 등 다양한 세기의 자기장으로 상대적으로 좁은 자극 대상 부위를 집중적으로 자기 자극을 하는 경우에 적합하다고 볼 수 있다.
탐침(110)에는 복수의 코일(130)이 배치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 탐침(110) 상의 복수의 위치에 코일(130)이 배치될 수 있다. 탐침(110)의 원위 단부를 비롯하여, 원위 단부와 근위 단부 사이에 복수의 코일(130)이 탐침(110)의 길이 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 이로써, 하나의 탐침(110)의 삽입을 통해 복수의 자극 대상 부위를 동시에 자기 자극할 수 있다.
또한, 탐침(110) 상의 각각의 위치에 배치되는 코일(130)은 다양한 각도로 배치될 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 위치에 배치되는 각각의 코일(130)은 선택적으로 그 축방향이 탐침(110)의 삽입 방향과 동일하게 배치되거나 탐침(110)의 삽입 방향과 수직하게 배치될 수 있다. 삽입되는 자극 대상 부위들과 해당 자극 대상 부위의 자극 범위 등을 고려하여 탐침(110) 상에 코일(130)을 적절하게 배치함으로써, 하나의 탐침(110)으로써 다양한 범위, 방향의 자기 자극을 가능케 한다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 단일 코일(130)을 사용하는 경우에는, 코일(130)의 외곽 부분에 자기장이 형성되어 자극 대상 부위에 대한 집중도가 상대적으로 높지 않다.
이를 고려하여, 탐침(110) 상의 일 위치에 한 쌍의 코일(130)을 짝을 이루도록 서로 인접하게 배치함으로써, 자극 대상 부위에서 한 쌍의 코일(130)에 의한 각각이 자기장이 서로 보강되어, 자극 대상 부위에 대한 자기장의 집중도를 높일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 한 쌍의 코일(130)을 각각의 축방향이 서로 평행하게 배치하고, 각각의 자기장의 방향이 축방향에 대해 서로 반대 방향을 향하도록 전류를 흘려줌으로써, 한 쌍의 코일(130)의 개방 단부 전방의 자극 대상 부위에서 자기장이 서로 보강되고, 나머지 부위에서 자기장이 상쇄될 수 있다. 이로써, 자극 대상 부위에 대한 자기 자극의 집중도를 높일 수 있다. 이때, 코일(130)의 사이에 세기가 더 센 자기장이 집중적으로 형성되며, 그 외의 범위에 코일(130) 각각에 의해 형성된 자기장은 그 자기장의 방향이 서로 상반되어 상쇄된다. 따라서, 자극 대상 부위가 두 코일(130) 사이에 오도록 탐침(110)을 삽입함으로써, 자극 대상 부위를 집중적으로 자기 자극하고, 나머지 부위에 인가되는 자기장을 최소화할 수 있다.
도 6을 참조하면, 단일 코일(130)에 의한 경우, 코일(130) 주위의 넓은 범위에 걸쳐 자기장이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 각각의 자기장의 방향이 반대 방향을 향하도록 배치된 코일(130)이 사용되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 목표 부위에 집중된 자기장을 형성할 수 있다.
한편, 각각의 축방향이 서로 평행하게 배치된 코일(130) 각각의 자기장의 방향이 동일하게 형성하는 경우, 결과적으로 하나의 큰 단일 코일(130)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도시하지는 않았지만, 인접한 복수의 코일(130) 각각을 다양한 각도로 배치함으로써, 각각의 자기장의 보강과 상쇄를 이용하여, 다양한 세기와 범위의 자기장을 형성하는 것도 가능하다.
두 쌍의 코일(130)이 탐침(110)의 서로 다른 두 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 코일(130)은 탐침(110)의 원위 단부에 배치되고, 다른 한 쌍의 코일(130)은 탐침(110)의 원위 단부와 근위 단부 사이에 배치될 수 있다. 더 많은 쌍의 코일(130)이 탐침(110) 상의 복수의 위치에 배치될 수도 있다.
또한, 서로 다른 위치에 배치되는 각각의 코일(130)의 쌍은 선택적으로 그 축방향이 탐침(110)의 삽입 방향과 동일하게 배치되거나 탐침(110)의 삽입 방향과 수직하게 배치될 수 있다.
한편, 코일(130)은 원형, 사각형 등 다양한 형상의 코일일 수 있다. 다만, 본 발명이 미세한 크기로 제조되는 점을 고려하면, 코일(130)은 각각의 도면에 도시된 바와 같이 사각 코일인 것이 유리하다. 코일(130)의 제조 방법은 이하에서 상세히 설명된다.
상술한 바와 같이, 탐침(110)에 내재되는 코일(130)을 통해 국부적으로 깊이가 깊은 자극 대상 부위를 자기 자극할 수 있으며, 다양한 각도와 세기의 자기 자극이 가능하고, 복수의 자극 대상 부위를 동시에 자극하는 것도 가능하다.
한편, 코일(130)은 몸체(120) 상의 송수전 전극(131)을 통해 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다. 송수전 전극(131)과 코일(130)은 탐침(110)에 형성된 송수전로(132)를 통해 전기적으로 연결된다.
탐침(110)의 원위 단부에는 코일(130)에 의한 자기 자극에 의해 자극 대상 부위로부터 방출되는 신경 신호를 획득하는 전극 어레이(133)가 구비될 수 있다. 전극 어레이(133)을 통해 획득한 신호는 송수전로(132)를 통해 몸체(120) 측 송수전 전극(131)으로 전달된다. 전달된 신호는 외부의 분석 수단으로 전달되어, 자기 자극에 의한 자극 대상 부위의 변화를 분석할 수 있다.
한편, 전극 어레이(133)로 전류를 공급함으로써, 자극 대상 부위를 전기로 자극할 수도 있다. 즉, 전극 어레이(133)를 통해 신경 신호를 감지하면서, 자극 대상 부위를 전기로 자극하는 것도 가능하다.
전극 어레이(133)는, 코일(130)의 축방향으로 보았을 경우, 코일(130)과 전극 어레이(133)가 중첩되지 않도록 배치됨으로써, 전극 어레이(133)로 인한 코일(130) 자기장의 방해를 방지할 수 있다. 코일(130)에서 바라볼 때 자극 대상 부위가 전극 어레이(133)에 의해 가려지지 않도록, 탐침(110)에 전극 어레이(133)가 배치되는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 5와 같은 수평형 코일(130)의 경우, 상대적으로 영향이 적으므로 전극 어레이(133)는 중앙에 모이도록 배치될 수 있다. 그러나, 도 2 및 도 4와 같은 수직형 코일(130)의 경우, 전극 어레이(133)가 중앙에 배치되면 코일(130)의 자기장의 세기가 가장 센 개방 단부 상에 오게 되므로, 전극 어레이(133)는 양 측부에 나뉘어 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 복수의 코일(130)이 탐침(110) 상에 길이 방향으로 이격되어 배치될 경우, 각각의 코일(130) 마다 전극 어레이(133)가 배치될 수 있으며, 일부의 코일(130) 근방에만 전극 어레이(133)가 배치될 수도 있다. 일부 코일(130)에만 전극 어레이(133)가 배치된 경우, 각각의 코일(130)에 의해 자기 자극된 개별 부위로부터의 신경 신호는 신호가 발생되고, 수신된 시간 등을 고려하여 해당 부위를 파악하는 것도 가능하다.
자기 자극을 위해 코일(130)로 전류를 공급함에 따라, 탐침(110) 내부에 열이 발생할 수 있다. 따라서, 코일(130)과 인접한 탐침(110) 상의 위치에 온도 센서 어레이(134)를 배치하여 실시간으로 신체 내 온도를 측정하고, 탐침(110)이 적정 온도 이상으로 가온될 경우 자기 자극을 중지함으로써 안정성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 신경 탐침 구조체(100)는, 다양한 신경 자극을 동시에 수행할 수 있도록 그밖에 유체 자극, 광 자극 등과 같은 자극 수단을 포함할 수 있다.
이하에서는, 상술한 신경 탐침 구조체(100)를 제조하는 방법에 대하여 설명하도록 한다. 탐침(110)과 몸체(120)의 형태를 이루고, 탐침(110)과 몸체(120) 상에 전극을 형성하는 방법은 공지의 기술을 이용하여도 무방하며, 본 명세서에서는 미세 크기의 탐침(110) 내에 수직형 및 수평형 코일(130)을 내재시키는 방법이 중점적으로 설명된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 구조체(100)는, 웨이퍼로 이루어지는 탐침(110)과 전도성 금속 물질로 이루어지는 코일(130) 및 송수전로(132)를 포함하는 복수의 층들을 포토 레지스트(photo resist)를 통해 적층함으로써 제조된다.
도 8(a) 내지 도 8(g)는 수직형 코일(130)을 구비하는 신경 탐침 구조체(100)를 제조하는 각 단계에서의 신경 탐침 구조체(100)의 상태를 도시한다. 한편, 설명의 편의를 위하여 코일(130)과 송수전로(132)만을 도시하고 탐침(110)을 이루는 기판들은 생략하였다는 점에 유의해야 한다. 특히, 점선으로 표시된 부분이 적층된 기판으로 인해 가려진 하측 기판 상의 패턴을 도시하는 점이 이해되어야 한다.
먼저, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 탐침(110)의 하단부를 이루는 제1 기판에 형성된 제1 패턴에 코일(130)을 이루는 개루프 형태의 제1 턴 및 이와 연결되는 송수전로(132)를 증착함으로써 제1 패턴에 전도체를 충진한다. 이때, 제1 턴은 도시된 바와 같이 그 일부가 단절되어 완전히 이어지지 않도록 형성된다.
그 다음으로, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 제1 기판 상에, 코일(130)의 제1 턴의 일단에서 상방으로 연장되는 기둥을 포함하는 제2 기판을 더 적층한다. 제1 턴과 기둥은 전기적으로 연결된다.
그 다음으로, 도 8(c)에 도시된 바와 같이 코일(130)의 제1 턴과 인접하여 나란하게 배치되는 제2 턴을 포함하고, 잔부는 웨이퍼로 마감되는 제3 기판을 제2 기판 상에 적층한다. 이로써 코일(130)의 제1 턴과 제2 턴은 기둥에 의해 전기적으로 연결된다. 이때, 추가된 제2 턴은 기둥의 상부로부터 연장되며 그 일부가 단절되어 완전히 이어지지 않도록 형성된다.
그 다음으로, 도 8(d)에 도시된 바와 같이 도 8(c)의 단계에서 형성된 제2 턴이 추후 형성될 인접한 제3 턴과 전기적으로 연결될 기둥을 포함하고 잔부를 웨이퍼로 마감한 또 하나의 기판을 더 적층한다.
그리고 나서, 도 8(e) 및 도 8(f)에 도시된 바와 같이, 앞선 단계를 반복적으로 수행하여 필요한 턴 수의 코일을 제조할 수 있다. 즉, 개루프 형태의 코일(130)의 나머지 턴들과, 각각의 턴들을 전기적으로 연결하는 기둥들 중 하나를 교번하여 포함하는 하나 이상의 기판들을 순차적으로 적층함으로써, 복수의 턴의 코일을 내재하는 탐침을 제조할 수 있다.
마지막으로, 도 8(g)에 도시된 바와 같이, 코일(130)의 최상단 턴 및 이와 연결되는 송수전로(132)를 증착한 상단 기판을 적층한다. 그리고 나서, 도시하지는 않았지만, 송수전 전극(131)을 형성함으로써, 코일(130)과 연결되는 하나의 회로를 완성시킬 수 있다.
회로가 형성된 탐침(110) 및 몸체(120)는 패터닝된 후, 분리됨으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 코일(130)을 포함하는 신경 탐침 구조체(100)가 완성된다.
도 9(a) 및 도 9(c)는 수평형 코일(130)을 구비하는 신경 탐침 구조체(100)를 제조하는 각 단계에서의 신경 탐침 구조체(100)의 상태를 도시한다.
먼저, 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 탐침(110)의 하단부를 이루는 웨이퍼 기판에 코일(130)을 이루는 각 턴들의 기저부 및 이와 연결되는 송수전로(132)를 증착하여 제1 기판을 형성한다. 이때, 코일(130)의 최전단 턴을 제외한 나머지 턴들은 도시된 바와 같이 송수전로(132)와 분리된 채로 형성된다.
그 다음으로, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 코일(130)을 이루는 각 턴들의 기저부의 양단에서 상방으로 각각 연장되는 기둥들을 포함하는 제2 기판을 상기 제1 기판 위에 적층한다. 코일(130)의 최전단 턴의 경우 송수전로(132)와 연결되지 않은 측에만 기둥을 형성한다.
마지막으로, 코일(130)을 이루는 각 턴들의 기둥들 및 이와 연결되는 송수전로(132)를 증착하여 제3 기판을 형성한다. 코일(130)의 최전단 턴의 기둥은 인접한 턴의 반대쪽 턴과 연결된다. 상기 인접한 턴의 나머지 기둥은 다시 그와 인접한 턴의 반대쪽 턴과 연결된다. 즉, 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 인접하는 두 턴 중 하나의 턴의 일측 기둥과 다른 하나의 턴의 타측 기둥을 연결하는, 코일(130)의 각 턴들의 상면을 포함하는 제3 기판을 제2 기판 위에 적층한다. 그리고 나서, 도시하지는 않았지만, 송수전 전극(131)을 형성함으로써, 코일(130)과 연결되는 하나의 회로를 완성시킬 수 있다.
회로가 형성된 탐침(110) 및 몸체(120)는 패터닝된 후, 분리됨으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 코일(130)을 포함하는 신경 탐침 구조체(100)가 완성된다.
이와 같이, 사각형의 코일(130)을 포토 레지스트를 이용한 적층 방식으로 제조함으로써 신경 탐침 구조체를 높은 수율로 제작할 수 있다. 특히, 통상적인 코일의 경우, 예를 들면 나선 형상과 같이 턴이 이어짐에 따라 연속적으로 높이가 상승하지만, 본 예시에서의 사각 코일은 단차에 의해 불연속적으로 높이가 상승하여 일정한 두께를 가지는 적층 방식으로 용이하게 제조할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 탐침
120 : 몸체
130 : 코일
131 : 송수전 전극
132 : 송수전로
133 : 전극 어레이
134 : 온도 센서 어레이

Claims (14)

  1. 생체 내부로 삽입되는 탐침; 및
    상기 탐침의 내부에 형성되는 자기장 유도체를 포함하며,
    상기 자기장 유도체는 전원이 공급됨에 따라 자기장을 발생시켜 상기 탐침이 삽입된 생체의 자극 대상 부위에 자기 자극을 가하고,
    상기 자기장 유도체는 코일이고,
    상기 코일은 그 축방향이 상기 탐침의 삽입 방향과 수직하게 배치되고,
    상기 코일은 서로 이격되어 배치되어 복수 개로 형성되고, 복수의 턴 및 상기 복수의 턴을 연결시키는 기둥을 포함하고,
    상기 코일에는 외부로부터 전원을 공급받는 송수전 전극이 전기적으로 연결되고, 상기 코일 및 상기 송수전 전극에는 송수전로가 전기적으로 연결되고,
    상기 탐침에는 상기 자기 자극에 따라 발생하는 신경 신호를 획득하는 전극 어레이가 구비되고, 상기 전극 어레이에 의해 획득된 신호는 상기 송수전로를 통해 상기 송수전 전극으로 전달되는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 코일은 사각 코일인 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체.
  6. 제1 항에 있어서,
    서로 인접하게 배치된 한 쌍의 자기장 유도체를 포함하며,
    상기 자극 대상 부위에서 상기 한 쌍의 자기장 유도체에 의한 각각의 자기장이 서로 보강되는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 자기장 유도체는 각각의 축방향이 서로 평행한 한 쌍의 코일이며,
    상기 한 쌍의 코일에 의한 각각의 자기장의 방향이 축방향에 대해 서로 반대가 되어, 상기 한 쌍의 코일의 개방 단부 전방의 상기 자극 대상 부위에서 자기장이 서로 보강되는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 탐침의 길이 방향으로 이격되어 배치되는 복수의 자기장 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체.
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 탐침은 생체 내 온도를 측정할 수 있는 온도 센서 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체.
  11. 제1 항에 따른 신경 탐침 구조체의 제조 방법으로서,
    제1 기판에 제1 패턴을 형성하고, 상기 제1 패턴에 전도체를 충진하는 단계;
    상기 제1 기판 상에 제2 기판을 적층하는 단계; 및
    상기 제2 기판에 상기 제1 패턴과 연결되는 제2 패턴을 형성하고, 상기 제2 패턴에 전도체를 충진하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 상기 탐침을 이루고,
    상기 제1 패턴의 전도체와 상기 제2 패턴의 전도체는 상기 자기장 유도체를 이루는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 자기장 유도체는 코일의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 전도체는 개루프 형태의 상기 코일의 제1 턴이며,
    상기 제2 패턴의 전도체는 상기 제1 턴의 일단에서 상방으로 연장되는 기둥이고,
    개루프 형태의 상기 코일의 나머지 턴들과, 각각의 턴들을 전기적으로 연결하는 기둥들 중 하나를 교번하여 포함하는 하나 이상의 기판들을 상기 제2 기판 상에 순차적으로 적층하는 단계를 더 포함하여, 그 축방향이 상기 탐침의 삽입 방향에 대해 수직하도록 배치된 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체 제조 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 전도체는 상기 코일의 각 턴들의 기저부이며,
    상기 제2 패턴의 전도체는 상기 각 턴들의 기저부 양단에서 상방으로 각각 연장되는 기둥들이고,
    상기 제2 기판 상에, 인접하는 두 턴 중 하나의 턴의 일측 기둥과 다른 하나의 턴의 타측 기둥을 연결하는, 상기 코일의 각 턴들의 상단부를 포함하는 제3 기판을 적층하는 단계를 포함하여, 그 축방향이 상기 탐침의 삽입 방향과 평행하도록 배치된 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체 제조 방법.
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