KR20220113405A - 전극 어레이 및 순응성 기판을 가진 이식가능한 자극기 - Google Patents
전극 어레이 및 순응성 기판을 가진 이식가능한 자극기 Download PDFInfo
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Abstract
두개안면 영역 내 신경자극 리드의 사용은 피부 부식 및 리드 이동과 관련된다. 최신식 리드의 원통형 형상과 관련된 두께로 인해, 리드는 피부를 통해 부식되거나 리드가 전극이 더 이상 대상 신경을 덮지 않도록 옮겨지게 된다. 전극 어레이를 갖는 순응성 부분을 포함하는 기판(300,1400) 및 펄스 생성기(500)를 갖는 이식가능한 자극기(1001110)가 제공된다. 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)은 기판의 표면 사이에 위치한다. 순응성 부분은 0.5밀리미터 이하의 두께를 갖는다. 선택적으로, 하나 이상의 캡슐화층(1300)이 제공될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 접착층(1500)이 또한 세라믹 재료를 포함하여 제공될 수 있다. 더 쉽게 패터닝 가능한 기판을 제공함으로써, 더 복잡한 전극 어레이 구성이 지원될 수 있고, 가로 및/또는 세로 오정렬을 처리하기 위해 더 고도의 유연성을 허용한다. 비교적 얇은 이식가능한 전극 어레이를 제공함으로써, 사용자의 편안함이 증가될 수 있다. 하나 이상의 접착층은 캡슐화 성능을 개선시킨다.
Description
저작권 고지
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본 개시내용은 기판의 순응성 부분을 따라 위치한 전극 어레이를 가지고 인간 또는 동물 조직에 전기 자극을 제공하기 위한 이식가능한 자극기에 관한 것으로, 특히, 그것은 적어도 부분적으로 기판의 일부를 덮는 캡슐화층을 갖는 이식가능한 자극기에 관한 것이다. 그것은 또한 이식가능한 자극기의 제조방법에 관한 것이다.
이식가능한 전기 자극 시스템은 두통, 요통 및 요실금과 같은 다양한 증상 또는 상태를 치료하기 위해 환자에게 전기 자극 요법을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
많은 전기 자극 애플리케이션에서 일반적으로 치료 리드(리드는 전극과 전기 연결부로 구성됨)를 포함하는 자극기가 신체 내의 하나 이상의 정확한 위치에 전기 자극을 제공 - 많은 경우에, 조직 만곡 및 해부학적 구조로 인해 이식 중 자극 전극의 정렬을 정확하게 정렬하는 것이 어려울 수 있음 - 하는 것이 바람직하다. 리드의 전극 부분의 곡률 불일치는 하나 이상의 전극과 밑에 있는 조직 사이에 예상치 못한 및/또는 예측할 수 없는 전기 저항을 생성할 수 있다. 또한 신체의 관련 부위의 반복적인 이동은 불일치를 더욱 악화시킬 수 있다. 피하 이식에 관한 특별한 문제는 이식과 주변 조직 사이의 작은 유연성 차이라도 환자의 편안함에 영향을 미치고 그 위에 있는 피부에 자극을 유발할 수 있다는 것이다. 이는 피하 이식에 특별한 문제이다.
특히, 두개안면 영역에서 신경자극 리드의 사용은 피부 부식 및 리드 이동과 관련이 있다. 최신식 리드의 원통형 형상과 관련 두께는 리드가 피부를 통해 부식되거나 전극이 더 이상 대상 신경을 덮지 않도록 리드가 이동되게 한다
보다 최근에는, 고유한 유연성을 갖거나 만곡된 형상으로 만들어질 수 있는 플라스틱 및 폴리머가 사용되고 있다 - 예를 들어 미국 출원 US 2016/0166828에 설명된 바와 같이, 이러한 리드는 만곡된 형상으로 제작되거나 이식 중에 사람의 손 조작으로 변형될 수 있지만, 이는 불편하다. 인간과 동물에서 발견되는 고도의 해부학적 변동성은 제조업체가 넓은 범위의 또는 미리-만곡된 리드를 제공하거나 리드가 측정하도록 만들어져야 함을 의미한다. 그것들이 이식 중에 변형될 수 있는 경우, 이는 이식 프로세스를 더욱 복잡하게 만든다.
이식가능한 액티브 장치는 인체 또는 동물의 신체에 존재하는 체액으로부터 이식 전자기기를 보호하기 위한 보호 방법을 필요로 한다. 체액에는 일반적으로 전류가 있을 때 부식과 같은 전기화학 반응을 일으킬 수 있는 이온이 포함되어 있다. 따라서 캡슐화는 의료 기기 설계에 중요한 구성 요소이다 - 캡슐화는 이식 전자기기의 성능 저하를 줄이거나 방지하기 위해, 이들 이온성 유체와 중요한 전자/전기 인터페이스 사이의 장벽 역할을 한다 -.
폴리이미드는 전자기기의 미세 가공을 위한 기판 재료로 널리 사용되며 폴리디메틸실록산 고무(PDMS)와 같은 실리콘 고무 캡슐화재로 폴리이미드를 캡슐화하려는 시도가 있었다. "Irreversible bond of polyimide and polydimethylsiloxane (PDMS) based on a thiol-epoxy click reaction"(Hoang, Chung and Elias, Journal of Micromechanics and Microengineering, 10.1088/0960-1317/26/10/105019)에서, 이 두가지 유연한 재료를 접합(bond)하는 것은 여전히 중요한 문제로 남아 있다 - 유체 침투에 대한 저항은 기판에서 어느 정도 박리되는 캡슐화재에 의해 감소될 수 있다. 접합도는 클릭 반응에서 티올레폭시 접합 형성을 위해 PDMS 및 폴리이미드 기판의 표면을 각각 머캅토실란 및 에폭시실란으로 기능화(functionalize)함으로써 증가된다. 그것은 또한 머캅토실란으로 한쪽 또는 양쪽 표면을 기능화하고, 두 표면 사이에 에폭시 접착층을 도입함으로써 증가된다.
PDMS는 실질적으로 생체적합성이 있더라도, 조직 반응을 최소화하면서 상대적으로 긴 생체 안정성을 가지지만, 수분 투과성이 비교적 높아 이식 전자기기의 성능이 저하될 수 있다. 더 낮은 투습도를 가진 많은 다른 캡슐화재는 더 낮은 생체적합도를 가질 수 있다. 최근, 전자기기의 기판으로 LCP(Liquid Crystal Polymers)가 고려되고 있으며, LCP와 캡슐화재의 접합 기술도 개선할 필요가 있다.
이하 요약 및 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적이며 청구된 바와 같은 본 발명의 추가 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 요약이나 설명은 요약이나 설명에서 언급된 특정 특징으로 본 발명의 범위를 정의하거나 제한하려는 의도가 아니다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
특정 실시예에서, 개시된 실시예는 여기에 설명된 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이식가능한 자극기로서: 제1 및 제2 표면을 포함하는 기판 - 상기 기판의 두께는 상기 제1 및 제2 표면에 의해 정의됨-; 적어도 하나의 자극 펄스를 생성하도록 구성된 펄스 생성기; 및 기판의 순응성 부분을 따라 위치한 적어도 2개의 전극을 포함하는 전극 어레이를 포함하며, 상기 이식가능한 자극기는 펄스 생성기를 전극 어레이의 적어도 2개의 전극에 전기적으로 연결하는 복수의 전기적 상호접속부를 더 포함하고, 상기 복수의 전기적 상호접속부는 상기 기판의 제1 표면과 제2 표면 사이에 위치하고; 상기 순응성 부분을 따르는 기판의 두께는 0.5밀리미터 이하인, 이식가능한 자극기가 제공된다.
여기에 설명된 제품 및 방법은 고도의 구성 가능성뿐만 아니라 고도의 순응성을 제공한다. 고도의 순응성은 사용자의 편안함을 증가시킬 수 있다. 선택적으로, 순응성 부분의 두께는 0.3밀리미터 이하, 또는 0.2밀리미터 이하, 또는 0.1밀리미터 이하이다.
선택적으로, 기판은 펄스 생성기가 위치하는 추가 부분을 포함하고, 이식가능한 자극기는 기판의 추가 부분을 적어도 부분적으로 덮는 캡슐화층을 더 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기판 및 펄스 생성기의 추가 부분은 하나 이상의 유연한 생체 적합성 캡슐화층에 적어도 부분적으로 내장된다.
캡슐화는 이식가능한 기판의 신뢰성 및/또는 수명을 개선시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 이식가능한 자극기는 기판의 적어도 일부에 인접한 접착층을 더 포함한다. 선택적으로, 기판은 하나 이상의 인접한 기판층을 포함하고, 접착층은 기판층들 사이에 있다.
하나 이상의 접착층은 캡슐화의 성능을 개선시킬 수 있다. 이것은 또한 이식가능한 기판의 신뢰성 및/또는 수명을 개선시킬 수 있다. 다층을 제공함으로써 더 얇은 리드가 사용될 수 있어 유연성을 추가하고, 그에 따라 순응성을 개선시킬 수 있다.
선택적으로, 접착층은 세라믹 재료를 포함한다. 세라믹 재료는 기판 재료와 캡슐화재 재료 사이의 접착층에 포함되는 것이 유리할 수 있다.
선택적으로, 세라믹 재료는 HfO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, Si3N4, TiO2, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 접착층은 HfO2를 포함하는 적어도 하나의 제1 층, 및 적어도 하나의 제1 층에 인접하고 Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 접착층은 Ta2O3를 포함하는 적어도 하나의 제1 층, 및 적어도 하나의 제1 층에 인접하고 Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 접착층은 TiO2를 포함하는 적어도 하나의 제1 층, 및 적어도 하나의 제1 층에 인접하고 Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함한다.
선택적으로, 접착층의 세라믹 부분은 25nm에서 200nm 범위의 평균 두께를 갖는다. 선택적으로, 접착층은 원자층 증착(ALD)을 사용하여 적용되는 세라믹 부분을 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 추가 부분을 따르는 자극기의 두께는 5밀리미터 이하, 또는 4밀리미터 이하, 또는 3밀리미터 이하이다.
이것은 기판의 추가 부분의 순응성을 더욱 개선시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 복수의 전기적 상호접속부는 금속화를 사용하여 기판의 제1 표면과 제2 표면 사이에 위치한다. 추가로 또는 대안적으로, 복수의 전기적 상호접속부는 하나 이상의 전도성 상호접속층에 포함되고, 하나 이상의 전도성 상호접속층은 2개의 인접한 중합체 기판층 사이에 포함된다.
더 쉽게 패터닝 가능한 기판을 제공함으로써, 더 복잡한 전극 어레이 구성이 지원될 수 있고, 가로 및/또는 세로 오정렬을 처리하기 위해 고도의 유연성을 허용한다.
이식가능한 자극기를 제조하는 방법으로서: 기판을 제공하는 단계 - 상기 기판은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 상기 기판의 두께는 상기 제1 및 제2 표면에 의해 정의됨 -; 적어도 하나의 자극 펄스를 생성하도록 구성된 펄스 생성기를 제공하는 단계; 기판의 순응성 부분을 따라 적어도 2개의 전극을 포함하는 전극 어레이를 위치시키는 단계; 기판 상에 복수의 전기적 상호접속부를 증착 또는 전기도금하는 단계; 및 펄스 생성기를 전극 어레이의 적어도 2개의 전극에 전기적으로 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 순응성 부분을 따르는 기판의 두께는 0.5밀리미터 이하인, 이식가능한 자극기를 제조하는 방법이 제공된다.
선택적으로, 펄스 생성기는 기판의 추가 부분을 따라 제공되고, 방법은 캡슐화층으로 기판의 추가 부분을 적어도 부분적으로 덮는 단계를 더 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 자극기는 기판을 적어도 부분적으로 덮는 캡슐화층; 및 적어도 하나의 위치에서 캡슐화층과 기판 사이의 접착층을 더 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 캡슐화층은 기판의 순응성 부분의 적어도 일부를 덮고, 접착층은 캡슐화층과 기판의 순응성 부분의 적어도 일부 사이에 있다.
여기에 설명된 이러한 제품 및 관련 방법은 유연한 기판을 포함하는 이식가능한 장치에서 유체 침투에 대한 저항성을 개선하기 위해, 개선된 접합을 제공한다. 캡슐화재/접착층은 다양한 유형의 기판 표면을 보호하도록 최적화될 수 있다. 기판이 실질적으로 유연하게 구성 및 배열된다면, 기판은 고도의 순응성을 가질 수 있다. 캡슐화재/접착층의 고도의 접착력은 유연한 캡슐화재 층이 유연한 기판의 하나 이상의 표면에 대해 고도의 침투 보호를 제공할 수 있게 한다.
기판 표면의 하나 이상의 영역은 캡슐화재/접착층에 의해 보호될 수 있다. 각각의 캡슐화재/접착층은 개별적으로 또는 함께 미리 결정된 정도로 최적화될 수 있다.
선택적으로, 기판의 순응성 부분은 액정 폴리머(LCP)를 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기판은 펄스 생성기가 위치하는 추가 부분을 포함하고, 캡슐화층은 기판의 추가 부분을 적어도 부분적으로 덮는다.
선택적으로, 캡슐화층은 폴리머 및/또는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함한다.
PDMS를 포함하는 캡슐화재 및 세라믹 재료를 포함하는 순응성 접착층을 갖는 이중층을 제공함으로써, 접착층은 이온성 매질에서 상당히 더 높은 안정성을 나타내는 것으로 보이며, 이에 따라 캡슐화재를 통한 임의의 박리 또는 수분 침투의 경우에 상대적으로 더 긴 보호를 제공한다. PDMS는 접착층의 모든 결함과 틈새 사이를 흐르는 것으로 인해 더 오래 지속되는 접착 및 결함 감소에 추가로 기여할 수 있다 - 특히, 상대적으로 점도가 낮은 PDMS는 훨씬 고도의 결함 감소를 제공할 수 있다.
세라믹 재료 HfO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, Si3N4, TiO2, 및 이들의 임의의 조합이 PDMS 캡슐화재 층을 위한 접착층으로서 유리하게 사용될 수 있다.
이식가능한 자극기 제조 방법으로: 제1 표면 및제2 표면을 포함하는 기판을 제공하는 단계 - 상기 기판의 두께는 상기 제1 및제2 표면에 의해 정의됨 -; 적어도 하나의 자극 펄스를 생성하도록 구성된 펄스 생성기를 제공하는 단계; 기판의 순응성 부분을 따라 적어도 2개의 전극을 위치시키는 단계; 펄스 생성기를 적어도 2개의 전극에 전기적으로 결합시키는 복수의 전기적 상호접속부를 기판 상에 증착 또는 전기도금하는 단계; 기판을 적어도 부분적으로 덮는 접착층을 적용하는 단계; 및접착층 위에 캡슐화층을 적용하는 단계를 포함하고, 순응성 부분을 따르는 기판의 두께는 0.5밀리미터 이하인, 이식가능한 자극기 제조 방법이 제공된다.
선택적으로, 접착층은 원자층 증착(ALD)을 사용하여 적용된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 펄스 생성기는 기판의 추가 부분을 따라 제공되며, 접착층 및캡슐화층이 기판의 추가 부분을 적어도 부분적으로 덮도록 적용된다.
목적 및 이점과 함께 동작의 구성 및 방법을 예시하는 특정 예시적인 실시예는 반드시 일정한 비율로 도시되지 않은 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.
본 명세서에 통합되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 예시적인 실시예를 도시하고, 더 발명의 상세한 설명과 함께 관련 기술 분야의 당업자가 이러한 실시예 및 당업자에게 명백할 다른 실시예를 만들고 사용할 수 있도록 한다.
도 1a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제1 구현의 횡단면도(transverse view)이다.
도 1b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제1 구현의 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제1 구현의 저면도이다.
도 2a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제2 구현의 횡단면도이다.
도 2b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제2 구현의 평면도이다.
도 2c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제2 구현의 저면도이다.
도 3a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제3 구현의 횡단면도이다.
도 3b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제3 구현의 평면도이다.
도 3c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제3 구현의 저면도이다.
도 4a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 대안적인 전극 구성의 제1도이다.
도 4b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 대안적인 전극 구성의 제2도이다.
도 4c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 대안적인 전극 구성의 제3도이다.
도 5는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 작동을 통해 치료될 수 있는 인간 머리의 전방 부분에서 신경의 위치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 작동을 통해 치료될 수 있는 인체의 후방 부분에서 신경의 위치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 작동을 통해 치료될 수 있는 인체 내 신경의 위치를 나타낸다.
도 8a 및 8b는 3개의 샘플에 대한 도 8a: 임피던스 크기 및 도 8b: 위상각의 보드 플롯 결과로서 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 도시한다.
도 8c 및 도 8d는 4개의 샘플에 대한 도 8c: 임피던스 크기 및 도 8d: 위상각으로, 450일의 침지 동안 10-2Hz에서 EIS 결과를 도시한다.
도 9는 다른 공정을 사용하여 PDMS로 코팅된 LCP의 건조 및 침지 후 평균 인장력을 비교한 측정 결과를 나타낸다.
도 10은 테스트 샘플을 통한 단면을 도시한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 개선된 이식가능 전기 장치를 통한 단면을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 개선된 이식가능 전기 장치 및 하나 이상의 전극을 포함하는 개선된 이식가능한 의료장치를 통한 단면도를 도시한다.
본 명세서에 통합되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 예시적인 실시예를 도시하고, 더 발명의 상세한 설명과 함께 관련 기술 분야의 당업자가 이러한 실시예 및 당업자에게 명백할 다른 실시예를 만들고 사용할 수 있도록 한다.
도 1a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제1 구현의 횡단면도(transverse view)이다.
도 1b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제1 구현의 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제1 구현의 저면도이다.
도 2a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제2 구현의 횡단면도이다.
도 2b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제2 구현의 평면도이다.
도 2c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제2 구현의 저면도이다.
도 3a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제3 구현의 횡단면도이다.
도 3b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제3 구현의 평면도이다.
도 3c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 제3 구현의 저면도이다.
도 4a는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 대안적인 전극 구성의 제1도이다.
도 4b는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 대안적인 전극 구성의 제2도이다.
도 4c는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 대안적인 전극 구성의 제3도이다.
도 5는 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 작동을 통해 치료될 수 있는 인간 머리의 전방 부분에서 신경의 위치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 작동을 통해 치료될 수 있는 인체의 후방 부분에서 신경의 위치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따른 이식가능한 자극기의 작동을 통해 치료될 수 있는 인체 내 신경의 위치를 나타낸다.
도 8a 및 8b는 3개의 샘플에 대한 도 8a: 임피던스 크기 및 도 8b: 위상각의 보드 플롯 결과로서 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 도시한다.
도 8c 및 도 8d는 4개의 샘플에 대한 도 8c: 임피던스 크기 및 도 8d: 위상각으로, 450일의 침지 동안 10-2Hz에서 EIS 결과를 도시한다.
도 9는 다른 공정을 사용하여 PDMS로 코팅된 LCP의 건조 및 침지 후 평균 인장력을 비교한 측정 결과를 나타낸다.
도 10은 테스트 샘플을 통한 단면을 도시한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 개선된 이식가능 전기 장치를 통한 단면을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 개선된 이식가능 전기 장치 및 하나 이상의 전극을 포함하는 개선된 이식가능한 의료장치를 통한 단면도를 도시한다.
본 발명은 많은 상이한 형태의 실시예를 허용할 수 있는 반면, 그러한 실시예의 본 개시는 원리의 예로서 고려되어야 하며 본 발명을 도시 및 설명된 특정 실시예로 제한하기 위한 것이 아니라는 이해를 가지고 도면에 도시되어 있고 본 명세서에서 특정 실시예에 대해 상세히 설명될 것이다. 설명된 실시예, 그 상세한 구성 및 요소는 단지 본 발명의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 가장 잘 정의된다. 이하의 설명에서, 도면의 여러 도면에서 또는 심지어 상이한 도면에서도 동일하거나 유사하거나 대응하는 부분을 설명하기 위해 유사한 참조 번호가 사용된다.
따라서, 본 발명은 다양한 방식으로 수행될 수 있고 여기에 설명된 특정 특징 중 어느 것도 요구하지 않는다는 것이 명백하다. 또한, 공지된 기능이나 구성에 대해서는 불필요한 세부 사항으로 인해 본 발명을 흐릴 수 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다. 도면/도면의 모든 신호 화살표는 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적이지 않다.
제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이들 구성요소는 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안된다는 것이 이해될 것이다. 이러한 용어는 한 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 데에만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 관련된 나열된 항목 중 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"는 A 또는 B 또는 C 또는 이들의 임의의 조합을 나타낸다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단어의 단수 형태는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수를 포함하고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 명세서에 사용된 단수형 용어는 하나 또는 둘 이상으로 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "복수"는 둘 또는 둘 이상으로 정의된다. 본 명세서에 사용된 용어 "또 다른"은 적어도 두 번째 이상으로 정의된다. 본 명세서에 사용된 용어 "포함하는" 및/또는 "갖는"은 포함하는(즉, 개방형 언어)로 정의된다. 본 명세서에 사용된 용어 "결합된"은 여기서 연결된 것으로 정의되지만, 반드시 직접적으로나, 반드시 기계적으로가 아닐 수도 있다.
또한 일부 대안적인 구현에서, 언급된 기능/동작은 도면에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 그림은 관련된 기능/동작에 따라 실제로 실질적으로 동시에 실행되거나 때때로 역순으로 실행될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 범위는 범위 내의 각각의 모든 값을 나열하고 설명해야 하는 것을 피하기 위해 본 명세서에서 약식으로 사용된다. 범위 내의 적절한 값은 적절한 경우 범위의 상위 값, 하위 값 또는 끝으로 선택할 수 있다.
"포함한다(comprise 또는 comprises)" 및 "포함하는(comprising)"이라는 단어는 배타적이 아니라 포괄적으로 해석되어야 한다. 마찬가지로 "포함한다(include)", "포함하는(including)" 및 "또는"이라는 용어는 문맥상 명백히 금지되지 않는 한 모두 포괄적인 것으로 해석되어야 한다. "포함하는(comprising)" 또는 "포함하는(including)"이라는 용어는 "본질적으로 구성되는" 및 "~로 구성된"이라는 용어에 의해 포함되는 실시예를 포함하도록 의도된다. 유사하게, "~로 본질적으로 구성되는"이라는 용어는 "~로 구성된"이라는 용어에 포함되는 실시예를 포함하도록 의도된다. 별개의 의미를 갖지만, 용어 "포함하는", "갖는", "함유하는" 및 "구성되는"은 본 발명의 설명 전체에서 서로 대체될 수 있다.
"약"은 참조된 숫자 표시에 해당 참조 숫자 표시의 10%를 더하거나 빼는 것을 의미한다. 예를 들어, "약 4"라는 용어는 3.6에서 4.4의 범위를 포함한다. 명세서에서 사용된 성분의 양, 반응 상태 등을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 표시되지 않는 한, 여기에 설명된 수치 파라미터는 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 최소한, 청구 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니라 각 수치 파라미터는 유효 자릿수 및 일반적인 반올림 접근 방식을 고려하여 해석되어야 한다.
"예를 들어", "~와 같은", "포함하는" 등이 본 명세서에서 사용되는 곳마다, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "및 제한 없이"라는 문구가 뒤따르는 것으로 이해된다.
"일반적으로" 또는 "선택적으로"는 이후에 설명된 이벤트 또는 상황이 발생하거나 발생하지 않을 수 있음을 의미하며, 발명의 상세한 설명에는 해당 이벤트 또는 상황이 발생하는 경우와 발생하지 않는 경우가 포함된다.
본 문서 전체에서 "일 실시예", "특정 실시예", "실시예" 또는 유사한 용어에 대한 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 이러한 문구 또는 다양한 장소에서의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 제한 없이 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 당업자에 의해 조합될 수 있다.
다음의 상세한 설명에서, 본 개시내용의 이해를 돕기 위해 다수의 비제한적인 특정 세부사항이 제공된다.
도 1a, 1b 및 1c는 이식가능한 자극기의 제1 실시예(100)을 통한 세로 단면도를 도시하며, 이 이식가능한 자극기는,
- 적어도 하나의 전기 치료 자극 펄스를 생성하기 위한 펄스 생성기(500)(도 1b 및 1c에만 도시됨); 및
- 펄스 생성기(500)로부터 기판(300)의 원위 단부까지 연장되는 세로축(600)을 갖는 호일형 기판(300)의 순응성 부분을 포함한다. 기판(300)은 하나 이상의 인접한 폴리머 기판층을 포함하고, 제1 평면(외부) 표면(310) 및 제2 평면(외부) 표면(320)을 갖는다.
이식가능한 자극기(100)는 또한,
- 제1 유형(200a, 200b)의 적어도 하나의 전극 및 제2 유형(400a, 400b)의 적어도 하나의 전극을 갖는, 원위 단부에 근접한 전극 어레이(200, 400)를 포함한다. 전극(200, 400)은 제1 표면(310) 또는 제2 표면(320)에 포함되고, 각각 사용 중에 치료 에너지를 인간 또는 동물 조직에 (자극 전극으로서) 및/또는 인간 또는 동물 조직으로부터(리턴 전극으로서) 전달하도록 구성가능하다. 이러한 맥락에서, 어레이는 2개 이상의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)의 체계적인 배열(arrangement)로 간주될 수 있다. 1D, 2D 또는 3D 어레이가 제공될 수 있다. 선택적으로, 그것들은 행 및/또는 열로 배열될 수 있다.
이식가능한 자극기(100)는,
- 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 전기 에너지를 결합된 제1 전극(200a, 200b) 및/또는 제2 전극(400a, 400b)에 전달하기 위해, 펄스 생성기(500)와 제1 전극(200a, 200b) 및 제2 전극(400a, 400b) 사이의 하나 이상의 전기적 상호연결부(250)를 더 포함한다. 하나 이상의 전기적 상호연결부(250)는 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이에 포함(또는 위치)된다. 복수의 전기적 상호연결부(250)는 둘 이상의 전기적 상호연결부(250)로 간주된다.
본 개시에서, 전극 어레이(200, 400)의 순응성은 다음 중 하나 이상에 의해 고도로 결정된다:
- 전극(200, 300)에 근접한 기판(300) 일부의 순응성;
- 전극(200, 400)의 배열 및 위치;
- 전극(200, 400)에 포함된 재료 및 재료의 치수(또는 범위);
- 전극(200, 400)에 근접한 하나 이상의 상호연결부(250)의 배열 및 위치; 그리고
- 상호연결부(200, 400)에 포함된 재료 및 재료의 치수(또는 범위).
적절한 구성, 배열 및 최적화에 의해, 호일형(또는 필름형)이고 크게 순응성인 이식가능한 전극 어레이(200, 400)가 제공될 수 있다.
도시된 바와 같이, 호일형 기판(300)의 순응성 부분은 바람직하게는 세로축(600)을 따라 연장되고, 테이프형 형상을 가지며, 펄스 생성기(500)가 전극(200,400)의 위치로부터 더 멀리 배치(또는 위치)될 수 있다.
기판(300)이 실질적으로 평면인 경우(비제한적인 예에서, 기판(300)이 평면 표면에 순응하도록 함으로써), 제1 표면(310) 및 제2 표면(320)은 실질적으로 평행한 가로 평면(600, 700)을 따라 배치된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 표면(310)은 세로축(600) 및 제1 가로축(700) - 제1 가로축(700)은 세로축(600)에 실질적으로 수직이다 -을 포함하는 평면 내에 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 표면(310)의 평면은 단면도의 평면에 실질적으로 수직(종이의 표면에 실질적으로 수직)이다.
호일형 기판(300)의 순응성 부분은 제1 전극(200a, 200b) 및 제2 전극(400a, 400b)에 근접해서 0.5밀리미터 이하의 최대 두께를 가지며, 두께는 제1 표면(310) 및 제2 표면(320)에 의해 정의될 수 있다 - 제1 평면 표면(310) 및 제2 평면 표면(320) 상의 대응 지점들 사이의 수직 거리에 의해 결정될 수 있다 -. 이는 바람직하게 기판(300)이 평면 표면과 순응할 때 결정된다.
호일형 기판(300)은 제2 가로축(750)을 따라 두께 또는 범위를 갖는다 - 이 제2 가로축(750)은 세로축(600) 및 제1 가로축(700) 모두에 실질적으로 수직이다 -. 제1 가로축(700)- 그것은 도시된 것처럼 도면의 평면(종이의 표면을 따라) 내에 있다 - 제1 표면(310)은 상면으로 도시되고, 제2 표면(320)은 하면으로 도시된다.
따라서, 두께는 제1 평면 표면(310)과 제2 평면 표면(320) 상의 대응 지점 들 사이에 제2 가로축(750)을 따른 수직 거리에 의해 결정될 수 있다. 제1 전극(200a,200b) 및 제2 전극(400a,400b)에 가장 근접한 호일형 기판(300)의 순응성 부분의 최대 두께는 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.3mm 이하, 더욱 더 바람직하게는 0.2mm 이하, 훨씬 더 바람직하게는 0.1mm 이하이다.
일반적으로, 최대 두께가 얇을수록(즉, 기판이 얇을수록), 순응도가 높아진다. 그러나 기계적 강도를 개선하기 위해 더 높은 최대 두께가 선호될 수 있다.
도시된 다양한 도면들 사이의 차이점을 명확히 하기 위해, 축들이 공칭 방향(nominal direction)으로 주어진다:
- 세로축(600)은 왼쪽의 근위 단부(도 1a에 도시되지 않았지만, 도 1b 및 1c에 도시됨)로부터 페이지의 오른쪽에 도시된 원위 단부까지 연장되고,
- 제1 가로축(700)은 도시된 바와 같이 페이지 내로 연장되고; 및
- 제2 가로축(750)은 도시된 바와 같이 바닥에서 상부로 연장된다.
호일형 기판(300)의 순응성 부분은 다층으로 구성 및 배열될 수 있다 - 이는 서로 고정되고, 제1 평면 표면(310) 및 제2 평면 표면(320)을 갖는 2개 이상의 인접한 폴리머 기판층을 포함함-. 하나 이상의 전기적 상호연결부(250)는 또한 제1 평면 표면(310) 및 제2 평면 표면(320) 사이에 포함(또는 위치)된다. 그러나, 2개 이상의 폴리머층 및/또는 상호연결부가 제1 가로축(700)을 따라 유사한 범위를 가질 필요는 없다. 즉, 본 개시의 문맥 내에서, 폴리머 기판이 실질적으로 인접한 영역에 인접하여, 상호연결부(250)가 2개의 폴리머 기판 영역(세로 단면에서 다층으로 나타남) 사이에 샌드위치되는 영역이 있을 수 있다. 유사하게, 기판이 2개의 인접한 기판층을 포함하는 영역에 인접하여, 상호연결부(250)가 2개의 폴리머 기판층(세로 단면에서 다층으로 나타남) 사이에 샌드위치되는 영역이 있을 수 있다. 유사하게, 둘 이상의 폴리머 기판층을 포함하는 기판은 (물리적으로 및/또는 화학적으로) 변형될 수 있어, 폴리머 기판의 한 층인 것처럼 보일 수 있다.
이러한 폴리머 기판층은 적합성을 위해 순응성이 있고 하나 이상의 전기 상호연결부(250)를 포함하는 것이 선택된다. 바람직하게는, 폴리머 기판 재료는 또한 예를 들어 실리콘 고무, 실록산 폴리머, 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 폴리에테르우레탄우레아, 폴리에스테르우레탄, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리술폰, 셀룰로오스아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리비닐아세테이트 등에서 선택된 재료와 같이 생체적합성 및 내구성이 있다. LCP(Liquid Crystal Polymer) 필름을 비롯한 적합한 폴리머 재료는 "Polymers for Neural Implants"(Hassler, Boretius, Stieglitz, Journal of Polymer Science: Part B Polymer Physics, 2011, 49, 18-33(DOI 10.1002/polb.22169))"에 기술된다. 특히, Polyimide(UBE U-Varnish-S), Parylene C(PCS Parylene C), PDMS(NuSil MED-1000), SU-8(마이크로켐 SU-8 2000 및 3000 시리즈) 및 LCP(Vectra MT1300)의 특성을 도시한 표 1이 여기에 참조로 포함된다.
순응성 호일형 기판(300)은 유연함에 의해 밑에 있는 해부학적 특징들의 윤곽을 매우 밀접하게 따르도록 구성된다. 매우 얇은 호일형 기판(300)은 유연성이 증가된 추가적인 이점을 갖는다.
가장 바람직하게는, 폴리머 기판층은 LCP, 파릴렌 및/또는 폴리이미드를 포함한다. LCP는 크기가 작고 수분 침투가 적은 밀폐된 센서 모듈을 가능하게 하는 화학적 및 생물학적으로 안정한 열가소성 폴리머이다.
유리하게는, LCP가 복잡한 형상이 제공되도록 열성형될 수 있다. 매우 얇고(및 이후에 매우 순응적인), 매우 평평한(매우 평면적인) LCP 층들이 제공될 수 있다. 형상의 미세 조정을 위해, 적절한 레이저가 절단에 사용될 수도 있다.
비제한적인 예에서, LCP의 순응성 호일형 기판(300)은 50 미크론(um) 내지 720 미크론(um), 바람직하게는 100 미크론(um) 내지 300미크론(um) 범위 내의 두께(제2 가로축(750)을 따른 범위)를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 150um(미크론), 100um, 50um, 또는 25um의 값이 제공될 수 있다.
실질적으로 평면인 표면에 순응할 때, 호일형 표면(300)은 세로축(600)에 실질적으로 수직인 가로 범위를 갖는 평면에 실질적으로 포함되며, 평면의 폭은 가로 범위를 따른 평면 호일형 기판(300)의 외부 표면 가장자리 상의 대응 지점들 사이의 수직 거리에 의해 결정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 이것은 제1 가로축(700)을 따른 것이다. 일 실시예에서, 2mm 내지 20mm의 전극(200,400)은 LCP를 사용하여 제공될 수 있다.
실온에서, 얇은 LCP 필름은 강철과 유사한 기계적 특성을 가진다. 이것은 이식가능한 기판(300)이 이식될 만큼 충분히 강하고, 제거(이식)될 만큼 충분히 강하고, 열화 없이 인접한 해부학적 특징 및/또는 구조체의 임의의 움직임을 따를 만큼 충분히 강해야 하기 때문에 중요하다.
LCP는 가스 및 물에 대한 투과성이 가장 낮은 폴리머 재료에 속한다. LCP는 자체적으로 접합될 수 있으므로, 균질한 구조체의 다층 구성이 가능하다.
LCP와 달리, 폴리이미드는 열경화성 폴리머로, 전극 어레이가 있는 다층 부분을 구성하기 위해 접착제가 필요하다. 폴리이미드는 고온 및 굴곡 내구성(flexural endurance)을 가진 열경화성 폴리머 소재이다.
일 실시예에서, LCP는 순응성 기판(300)을 다층 - 즉, 2개 이상의 인접한 폴리머 기판층 -으로 제공하기 위해 사용될 수 있다. 비제한적인 예에서, 이들은 25 um(미크론) 두께의 층일 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 전기적 상호연결부(250)는 금속화에 의해 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이에 제공(또는 위치)될 수 있다. 이들은 단일 폴리머층을 갖고 반도체 산업에 공지된 적절한 증착 기술을 사용하여 전도성 재료를 적용함으로써 기판(300)에 내장된 전도체일 수 있다.
일 실시예에서, 2개 이상의 인접한 폴리머 기판층이 제공되는 경우, 반도체 산업에서와 같은 적절한 기술을 사용하여 상호연결층이 제공될 수 있다. 폴리머 기판층은 또한 그들 사이에 하나 이상의 접착층이 사용될 때 인접한 것으로 간주될 수 있다. 적절한 접착 재료 및 접착층의 예는 도 8 내지 도 12와 관련하여 아래에서 설명된다.
일 실시예에서, 적층은 또한 기판(300)에 원하는 물리적 및 화학적 특성을 제공하고, 및/또는 편리한 제조 방법을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 비제한적인 예에서, 기판(300)은 3개의 적층된 폴리머층을 포함할 수 있다: 사이에 저온 층(본드 플라이(bond-ply))이 있는 2개의 고온 열가소성층, 및 제1 표면(310) 및 제2 표면(320)을 향한 고온층.
대안적인 실시예에서, 실리콘의 2개의 층이 폴리머 기판층으로서 제공될 수 있다: 1개의 실리콘 층이 제공되고, 금속이 그의 외부 표면 중 하나에 패턴화되고, 제2 실리콘 층이 금속 패턴 위에 젯팅(jetting), 오버-몰딩 또는 스핀-코팅에 의해 추가된다.
일 실시예에서, 전기적 상호연결부(250)는 하나 이상의 전도성 소자에서 요구되는 대로 형성된 금속과 같은 하나 이상의 전도성 재료를 포함할 수 있다: 와이어, 스트랜드, 호일, 라미나, 플레이트, 및/또는 시트. 그것들은 실질적으로 인접할 수 있다(하나의 전도체). 그것들은 또한 사용 중에 서로 전기적으로 연결되도록 구성 및 배열된 하나 이상의 전도체를 포함할 수 있다 - 다시 말해서, 하나 이상의 전도체는 사용 중에 실질적으로 전기적으로 인접하도록 구성 및 배열된다 -.
대안적으로, 하나 이상의 전기적 상호연결부(250)는 하나 이상의 전도성 상호연결층(250)에 포함될 수 있고, 하나 이상의 전도성 상호연결층은 2개의 인접한 폴리머 기판층 사이에 포함(또는 위치)된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이의 서로 다른 배치(또는 깊이 또는 위치)에 복수의 상호연결부가 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 본 개시내용의 맥락에서 상호연결부(250)는 사용 중에 인간 또는 동물 조직과 접촉하도록 구성 또는 배열되지 않는다. 하나 이상의 상호연결부(250)는 LCP와 같은 낮은 전도도 또는 절연 폴리머의 하나 이상의 층에 매립(또는 덮임)된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 캡슐화층이 사용될 수 있다.
하나 이상의 상호연결층(250)은 또한 금 또는 백금과 같은 생체적합성(bio-compatible) 금속을 사용한 금속화와 같이, PCB(인쇄 회로 기판) 산업으로부터의 기술을 사용하는 금속화에 의해 제공될 수 있다. 전기도금이 사용될 수 있다. LCP 필름을 포함하는 층은 금속화에 특히 적합하다. 이들 전기적 상호연결부(250) 및/또는 상호연결층(250)은 펄스 생성기(500)로부터 결합된 제1 전극(200a, 200b) 및/또는 제2 전극(400a, 400b)으로 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 전기 에너지를 전달하도록 구성된다.
LCP 필름과 같은 적절한 폴리머 기판 재료를 사용하면 호일형(또는 필름형) 기판(300)과 전극 어레이(200, 300)의 순응성 부분이 높은 너비 대 높이 비율을 가질 수 있어, 생체적합성 전자 호일(또는 필름), 또는 바이오-전자 호일(또는 필름)을 제공한다.
일 실시예에서, 기판(300)이 실질적으로 평면 표면에 순응하면, 제1 전극(200a, 200b) 및 제2 전극(400a, 400b)에 근접한 최대 평면 폭과 최대 두께의 비는 7:1 이상, 바람직하게는 10:1 이상, 더 바람직하게는 15:1 이상, 더욱 더 바람직하게는 30:1 이상, 훨씬 더 바람직하게는 50:1 이상일 수 있다.
100:1 이상의 비율이 또한 유리할 수 있고, 약 20mm의 폭 및 약 0.2mm의 두께를 가진 LCP 필름의 하나 이상의 기계적으로 강한 기판층을 사용하여 제공될 수 있다. 이것은 고도의 유연성을 제공하고, 따라서 또한 고도의 순응도를 제공한다. 기판의 폭을 변경하고, 하나 이상의 파도형상(undulation)을 추가 및/또는 굽힌(bending) 지점들을 제공하는 것과 같이, 제1 가로 방향(700)의 순응도를 증가시키기 위해 추가적인 조치가 취해질 수도 있다.
비제한적인 예에서, 단일 행의 전극(200, 400) 및/또는 더 작은 폭을 갖는 전극(200, 400)을 사용할 때, 약 0.2mm의 두께와 함께 폭이 4mm일 수 있다 - 이것은 약 20:1의 비율이다 -.
비제한적인 예에서, 펄스 생성기(500)에 근접한 기판의 일부에서, 20mm의 폭 및 3mm의 두께가 사용된 전자 소자의 치수에 고도로 더 의존하도록 더 큰 범위가 더 요구될 수 있다. 이것은 약 6.67:1의 비율이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 순응성 호일형 기판(300)의 원위 단부(또는 원위 단부)는 다음을 포함한다:
- 제1 표면(310)에 포함된 제1 유형의 2개의 전극(200a, 200b), 및
- 제1 표면(310)에 또한 포함된 제2 유형의 2개의 전극(400a, 400b). 근위 단부에서 원위 단부까지, 도시된 순서는 200a, 400a, 200b, 400b이며 - 즉, 제1 유형(200a, 200b)의 각 전극은 제2 유형(400a, 400b)의 전극에 근접하고, 동일 표면(310)에 포함된다.
호일형 기판(300)은 각각의 전극(200a, 400a, 200b, 400b)과 펄스 생성기 사이의 전기적 상호연결부(250)를 포함한다. 이 실시예에서, 각각의 전기적 상호연결부(250)는 각각의 전극(200a, 400a, 200b, 400b)이 실질적으로 독립적으로 전기적으로 연결되도록 구성 및 배열된다 - 결과적으로, 펄스 생성기(500)를 적절하게 구성함으로써 이용가능한 동작 모드들 중 하나는 실질적으로 독립적인 작동함 -. 펄스 생성기(500)는 하나 이상의 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 파라미터를 사용하여 구성될 수 있다.
도 1a에 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이의 상이한 거리(또는 위치)에 있는 개별적인 연결부(250)로 도시되어 있지만, 당업자는 또한 동일한 상호연결부가 도 3b에 도시되고 후술되는 실시예와 유사하게 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이의 대략적으로 동일한 거리(또는 위치)에서, 적절하게 구성된 상호연결부(250)(또는 상호연결층(250))에 의해 제공될 수 있음을 인식할 것이다.
제1 표면(310) 또는 제2 표면(320)에 "포함된"은 전극(200a, 400a, 200b, 400b)이 상대적으로 얇고(기판이 실질적으로 평면인 표면에 순응하도록 배열되는 경우, 그것은 20 내지 50 미크론 이하의 제2 가로축을 따른 범위를 가질 수 있고, 1 미크론 이하와 같은 더 얇은 전극이 또한 순응도를 더 증가시키기 위해 사용될 수 있음), 및 표면에 부착(또는 적어도 부분적으로 내장)될 수 있음을 나타낸다.
전극(200, 400)은 금, 백금, 백금 블랙, TiN, IrO2, 이리듐, 및/또는 백금/이리듐 합금 및/또는 산화물과 같은 전도성 재료를 포함할 수 있다. Pedot과 같은 전도성 폴리머도 사용할 수 있다. 바람직하게는, 생체적합성 전도성 재료가 사용된다. 하나 이상의 폴리머 기판층의 제1 표면(310) 및/또는 제2 표면(330) 상에 또는 안에 그것들을 제조하기 위해 PCB/금속화 기술을 사용될 수 있다.
전극들(200a, 200b, 400a, 400b)은 금속을 용해할 수 있는 신체 물질에 노출될 수 있기 때문에 전극용으로 더 두꺼운 금속층이 일반적으로 더 얇은 금속층보다 선호된다. 그러나, 더 두꺼운 금속층은 일반적으로 더 두꺼운 층에 근접하여 강성을 증가(순응성을 감소)시킨다.
자극기(100)는 먼저 피하 터널을 생성 및/또는 이식 도구를 사용하여 이식될 수 있다. 그러나 높은 순응도는 성공적인 주입을 더 어렵게 만들 수 있다. 적절한 삽입 도구를 사용하더라도, 잘못된 정렬, 이식 중 리드 이동 또는 이식 후 리드 이동으로 인해 전극 위치가 나중에 잘못된 것으로 발견될 수 있다.
적어도 전극 어레이(200, 400)를 포함하는 원위 단부가 이식된다. 그러나 자극기(100)를 이식하는 것이 유리할 수 있다.
또한, 이식 중에, 자극에 대해 원하는 위치를 정확히 파악하기 어려울 수 있다. 이식할 때, 자극기 전극은 자극할 신경에 충분히 가깝게 위치해야 한다. 그러나 신경 경로는 이식을 수행하는 전문가에게 항상 명확하게 보이는 것은 아니며, 신경 경로의 배치 및 경로는 사람마다 크게 다르다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유형의 전극(200a, 200b) 및 제2 유형의 전극(400a, 400b) 사이에 실질적인 하드웨어 차이가 없다 - 기능의 모든 차이는 주로 펄스 생성기(500)의 구성(하나 이상의 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 파라미터)에 의해 결정된다 -. 상호연결부(250)의 배열 및 라우팅으로 인한 전기적 특성에 대한 영향이 더 적을 수 있다.
동일한 유형의 하나 이상의 결합된 전극(200a, 200b 또는 400a, 400b)은 펄스 생성기(500)의 적절한 구성에 의해 실질적으로 동일하게 동작할 수 있다 - 즉, 전극(200, 400)에 적용되는 자극 에너지는 실질적으로 동일한 시간 인스턴스(일반적으로 전압, 전류, 전력, 전하 또는 이들의 임의의 조합으로 측정됨)와 실질적으로 동일하다 -. 이것은 또한 오정렬 및/또는 리드 이동을 예측 및/또는 수정하는 데 사용할 수 있다 - 이는 소프트웨어를 사용하여 구성을 적어도 부분적으로 수행할 수 있기 때문에 유리하다 -.
추가적으로 또는 대안적으로, 2개 이상의 전극(200, 400)은 펄스 생성기(500)의 하나 이상의 파라미터를 사용하여 자극 전극 또는 리턴(return) 전극으로서 구성 및 배열될 수 있다. 이것은 전극들 중 적어도 2개가 원하는 자극 위치에 근접하도록 기판(300)을 이식하는 것이 필요해지기 때문에 더 고도의 구성 가능성을 제공할 수 있다.
이 실시예(100)에서, 제1 유형의 전극(200a, 200b)은 명목상 자극 전극으로서 작동하도록 구성 및 배열된다.
제2 유형의 전극(400a, 400b)은 명목상 리턴 전극으로 작동하도록 구성된다 - 각각은 사용 중 하나 이상의 자극 전극(200a, 200b)에 대한 전기적 리턴을 제공하도록 구성됨 -. 다시 말해서, 전기 리턴(400a, 400b)은 전기 회로를 폐쇄(close)한다. 그것은 또한 대응하는 전기 에너지원에 대한 전기 접지를 제공하도록 유사하게 구성될 수 있다.
따라서 이 공칭 구성을 기반으로 다음 세 가지 구성이 제공된다:
- 자극/리턴 위치에서 제1 표면(310)에 근접한 자극/리턴 전극 쌍(200a/400a); 또는
- 자극/리턴 위치에서 제1 표면(310)에 근접한 자극/리턴 전극 쌍(200b/400b);
- 또는 이들의 조합.
일 실시예에서, 하나 이상의 자극 전극(200a, 200b)이 이러한 자극기(100)에 제공될 수 있다. 자극 전극(200a, 200b)의 수, 치수 및/또는 간격은 치료에 따라 선택되고 최적화될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 자극 전극(200a, 200b)이 제공되면, 각각의 자극 전극(200a, 200b)은 다음을 제공할 수 있다:
- 다른 자극 효과, 유사한 자극 효과 또는 동일한 자극 효과.
오정렬을 피하기 위해, 효과가 생성될 조직에 근접한 하나 또는 2 개의 전극(200a, 200b)이 선택될 수 있다.
2개 이상의 자극 전극(200a, 200b)은 더 넓은 영역에 대한 자극이 필요한 경우 및/또는 활성 자극 전극(200a, 200b) 사이의 위치에서 실질적으로 동시에 활성화될 수 있다.
일 실시예에서, 자극 전극(200a, 200b)은 세로축(600)을 따라 6 내지 8mm 정도의 치수를, 그리고 제1 가로축(700)을 따라 3 내지 5mm, 따라서 약 18 내지 40 제곱 mm(mm2)의 치수를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 이식가능한 자극기에 적합한 호일형 기판(300)은 오정렬에 대한 수정을 허용하거나 단순히 전문가가 가장 효과적인 자극 위치를 선택하도록 허용하기 위해, 15cm 길이에 걸쳐 최대 12개의 자극(200a, 200b) 및 리턴(400a, 400b) 전극을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도 1b는 도 1a에 도시된 호일형 기판(300)의 이식가능한 원위 단부(또는 부분)의 제2 표면(320)의 도면을 도시한다. 다시 말해서, 제2 표면(320)은 세로축(600)을 따라 놓여 있고(아래에서 위로 도시됨) 제1 가로축(700)(왼쪽에서 오른쪽으로 도시됨)에 놓여 있는 종이의 평면 내에 도시된다. 제2 가로축(750)은 페이지 내로 연장된다. 제1 표면(310)은 도 1b에 도시되어 있지 않지만, (페이지 내로) 제2 가로축(750)을 따라 더 높은 위치에 놓여 있고, 또한 도면의 평면에 실질적으로 평행하다. 호일형 기판(300)은 실질적으로 평면 표면에 순응하도록 배열된다.
펄스 생성기(500)는 제2 표면(320)과 제1 표면(310) 사이에 배치(위치)될 수 있다. 도 1b 및 도 1c에서 그것은 점선으로 도시되어 있다. 대안적으로, 펄스 생성기(500)는 제1 표면(310) 또는 제2 표면(320)에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 또는, 펄스 생성기(500)는 제1 표면(310) 또는 제2 표면(320)에 적어도 부분적으로 내장될 수 있다.
펄스 생성기(500)에 사용되는 하나 이상의 전기 부품 및 매립 정도에 따라 최대 두께가 최적화될 수 있다. 구성 요소는 두께를 최소화하기 위해 얇아질 수 있다. 기판(300)이 순응성 및/또는 호일형이 되도록 구성 및 배열되는 경우, 펄스 생성기(500)에 근접한 기판의 일부에서 이식가능한 자극기(100)의 최대 두께는 5mm 이하, 바람직하게는 4mm 이하일 수 있고, 훨씬 더 바람직하게는 3mm 이하이고, 두께는 이식가능한 자극기(100)가 실질적으로 평면 표면에 순응할 때 외부 평면 표면 상의 대응 지점들 사이의 수직 거리에 의해 결정된다. 코일, 쌍극자(dipole) 또는 프랙탈(fractal) 안테나를 포함하는 안테나와 같은 추가적인 선택적 전기 소자도 기판에 내장된 정도에 따라 두께에 영향을 미칠 수 있다.
자극기(100) 및 호일형 기판(300)은 제1 가로축(700)을 따라 연장된다(실질적으로 평면 표면에 순응할 때, 자극기(100)/호일형 기판(300)의 평면 폭으로 고려됨). 도시된 바와 같이, 펄스 생성기(500)에 근접한 기판의 일부에서 평면 폭은 호일형 기판(300)의 원위 단부(또는 부분)에서 전극(200a, 200b, 400a, 400b)의 근접한 기판의 다른 부분에서의 평면 폭보다 클 수 있다. 펄스 생성기(500)에 인접한 평면 폭은 펄스 생성기(500)에 사용되는 하드웨어 및 구성 요소에 따라 달라질 수 있다 - 일반적으로, 펄스 생성기(500)에 사용되는 집적 회로의 너비 이상이다 -. 코일, 쌍극자 또는 프랙탈 안테나를 포함하는 안테나와 같은 구성 요소도 평면 폭에 영향을 줄 수 있다.
일 실시예에서, 전극들(200a, 200b, 400a, 400b)에 근접한 평면 폭은 전극들(200a, 200b, 400a, 400b) 및 하나 이상의 상호연결부(250)에 사용되는 전도체에 의존할 수 있다. 일 실시예에서, 평면 폭은 적어도 제1 전극(200a, 200b) 또는 제2 전극(400a, 400b)의 폭이다.
일 실시예에서, 도 1c는 도 1a 및 1b에 도시된 호일형 기판(300)의 이식가능한 원위 단부(또는 부분)의 제1 표면(310)의 도면을 도시한다. 다시 말해서, 제1 표면(310)은 세로축(600)을 따라 놓여 있는 종이의 평면(아래에서 위로 도시됨) 및 제1 가로축(700)(오른쪽에서 왼쪽으로 도시됨) 내에 놓여 있다. 제2 가로축(750)은 페이지 밖으로 연장한다. 이것은 자극을 받는(사용 중) 동물이나 사람의 조직을 바라본 모습이다. 제2 표면(320)은 도 1c에 도시되어 있지 않지만, 제2 가로축(750)을 따라(페이지 내로) 더 낮은 위치에 놓여 있고, 또한 도면의 평면에 실질적으로 평행하다. 호일형 기판(300)은 실질적으로 평평한 표면에 순응하도록 배열된다.
하나 이상의 상호연결부(250)는 도 1a에 도시된 바와 같이 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이에 배치(또는 위치)된다. 도 1c에서, 이들은 이 실시예에서 전극(200a, 200b, 400a, 400b) 각각에 제공된 상호연결부(250)(또는 적절하게 구성된 하나 이상의 상호연결층(250))을 나타내는 점선으로 도시된다. 단일 점선(250)은 펄스 생성기(500)와 전극(200, 400) 사이에 도시되어 실시예(100)에서 상호연결부(250)가 제1 가로축(700)을 따라 약 동일한 위치에 있음을 나타낸다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 전극(200a, 200b, 400a, 400b)은 각각 세로축(600)을 따른 세로 범위(길이) 및 제1 가로축(700)을 따른 가로 범위(폭)를 갖는다.
유사한 것처럼 도시되어 있지만, 실제로 각 전극(200a, 200b, 400a, 400b)은 의도된 용도 및/또는 원하는 구성 가능성 정도에 따라 형상, 가로 단면, 방향 및/또는 크기(또는 범위)가 다를 수 있다.
자극기(100), 또는 전극 어레이(200, 400)를 포함하는 적어도 원위 단부(또는 부분)의 이식 후, 펄스 생성기(500)는 사용중인 전기 에너지를 제2 유형(400a, 400b)의 하나 이상의 결합된 전극에 적용된 전기 리턴에 대해 하나 이상의 제1 유형(200a, 200b)의 연결된 전극에 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다.
자극기(100)의 구성 가능성(configurability)은 전극 어레이(200, 400)를 포함하는 적어도 원위 단부(또는 부분)의 주입 전, 주입 중 및/또는 주입 후에 하나 이상의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)의 작동이 결정 및/또는 조정되도록 한다. 동작은 또한 치료를 최적화 및/또는 연장하기 위해 자극기(100)가 이식되는 기간 동안 1회 이상 재구성될 수 있다.
일 실시예에서, 펄스 생성기(500)는 초기에 자극/리턴 전극 쌍으로서 각각 200a 및 400a를 명목상 작동시키도록 초기에 구성될 수 있다. 적어도 원위 단부(200, 400)의 이식 후, 불충분한 자극이 관찰 및/또는 측정될 수 있다. 주로 세로방향 오정렬로 인한 것으로 가정되는 경우, 펄스 생성기(500)는 대안적으로 하나 이상의 파라미터를 사용하여 자극/리턴 전극 쌍으로서 200b 및 400b를 명목상 작동시키록 구성될 수 있다.
자극기(100)는 이러한 구성들 사이에서 미리 결정된 및/또는 제어된 상태 하에서 펄스 생성기(500)를 스위칭하도록 더 구성 및 배열될 수 있다. 이러한 구성을 제1 및 제2 전극 모드로 더 고려하고, 사용자가 모드를 선호 및/또는 전환 모드로 선택할 수 있게 하는 것이 편리할 수 있다. 대안적으로, 펄스 생성기(500)는 미리 결정된 및/또는 제어된 상태 하에서 모드를 전환할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 펄스 생성기(500)가 다음의 모드에서 동작하도록 구성하기 위해 다른 모드가 또한 제공될 수 있다:
- 전기 자극 에너지가 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 제1 유형(200a, 200b)의 하나 이상의 결합된 전극에 제공되고, 제2 유형(400a, 400b)의 하나 이상의 결합된 전극은 사용중인 하나 이상의 제1 전극(200a, 200b)에 대응하는 전기적 리턴을 제공하도록 구성된, 제1 전극 모드; 또는
- 에너지가 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 제2 유형(400a, 400b)의 하나 이상의 결합된 전극에 제공되고, 제1 유형(200a, 200b)의 하나 이상의 결합된 전극은 사용중인 하나 이상의 제2 전극(400a, 400b)에 대응하는 전기적 리턴을 제공하도록 구성되는, 제2 전극 모드.
다시, 자극기(100)는 이러한 구성 또는 모드 사이에서 미리 결정된 및/또는 제어된 상태 하에서 펄스 생성기(500)를 전환하도록 더 구성 및 배열될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자는 선호도 및/또는 전환 모드로서 모드를 선택하도록 허용될 수 있다.
당업자는 전극(200a, 200b, 400a, 400b)이 다음과 같은 더 복잡한 구성으로 작동하도록 구성될 수 있음을 인식할 것이다:
- 400a 및 200a는 각각 자극/리턴 전극 쌍으로 작동될 수 있음(원래 의도된 동작을 역전);
- 400b 및 200b는 각각 자극/리턴 전극 쌍으로 작동될 수 있음;
- 중간 자극이 선호되는 경우, 2개 이상의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)이 하나 이상의 자극 전극으로 실질적으로 동시에 작동될 수 있음;
- 하나 이상의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)은 하나 이상의 리턴 전극으로 작동될 수 있음;
- 전극(400a)은 전극(200a) 및 리턴 전극(200b)과 조합하여 자극 전극으로 작동;
- 전극(400a, 200b)은 전극(200a) 및 전극(400b)과 결합하여 자극 전극으로 작동.
대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 자극 전극의 형상, 방향, 가로 단면 및/또는 크기(또는 길이)는 하나 이상의 리턴 전극과 비교하여 상이하게 구성될 수 있다.
다음과 같은 순응성을 위해 전극 어레이(200, 400)에 근접한 호일형 기판(300)의 일부를 구성 및 배열할 때 다수의 파라미터 및 특성들이 고려될 수 있다:
- 하나 이상의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)의 가로 범위(700) 및/또는 세로 범위(600)
- 호일형 기판(300)의 두께, 또는 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이의 수직 거리
- 호일형 기판(300)를 구성하는 재료 및 그것들의 물리적 특성
- 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이의 상호연결부(250) 및/또는 상호연결층(250)의 수 및 범위.
원통형 리드와 같은 기존의 리드를 훨씬 더 얇게 만들어 피하 이식을 허용하고/하거나 평평하게 함으로써 편안함을 증가시키려는 시도가 있었다. 그러나 평탄화된 전극의 표면적은 불리하게 작아질 수 있다.
비제한적인 예에서, 1cm 길이의 전극을 갖는 기존의 0.2mm 원형 리드는 약 6mm2 전극 표면을 갖는 전극을 생성하는 것으로 추정된다.
그러나, 본 명세서에 기술된 순응성 전극 어레이를 사용하여, 두께가 0.2mm이고 폭이 4mm의 치수를 가진 얇은 기판(300)은 동일한 길이에서 약 35mm2의 전극 표면을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 이는 임피던스를 약 35/6만큼 줄이고, 전력 소비를 약 35/6로 줄일 수 있는 것으로 추정된다.
일 실시예에서, 도 2a, 2b 및 2c는 이식가능한 자극기의 제2 실시예(101)를 통한 종단면을 도시한다. 이것은 다음을 제외하고는 도 1a, 1b 및 1c에 도시된 제1 실시예(100)와 유사하다:
- 제1 표면(310)에 포함된 4개의 전극 대신에, 이 실시예는 제1 표면(310)에 2개의 전극 - 명목상 제1 유형(200a)의 전극 및 명목상 제2 유형(400a)의 전극 -을 포함한다. 근위 단부에서 원위 단부로, 도시된 순서는 200a, 400a이다 - 즉, 제1 유형의 전극(200a)은 제1 표면(310)에서 제2 유형의 전극(400a)에 근접함.
- 자극기(101)의 원위 단부는 또한 제2 표면(320)에 2개의 전극 - 명목상 제1 유형(200b)의 추가 전극 및 명목상 제2 유형(400b)의 추가 전극 -을 포함한다. 근위 단부에서 원위 단부로, 도시된 순서는 200b, 400b이다 - 즉, 제1 유형의 전극(200b)은 제2 표면(320)에서 제2 유형의 전극(400b)에 근접함.
- 도 2b에서, 제2 표면(320)의 도면은 그 표면에 포함된 2개의 전극(200a, 400a)을 도시하고, 하나 이상의 상호연결부(250)는 점선을 사용하여 도시된다.
- 도 2c에서, 제2 표면(320)의 도면은 그 표면에 포함된 2개의 전극(200b, 400b)을 도시하고, 하나 이상의 상호연결부(250)가 점선을 사용하여 도시된다.
이 실시예(101)에서, 제1 유형의 전극(200a, 200b)은 명목상 자극 전극으로서 작동하도록 구성 및 배열되고, 제2 유형의 전극(400a, 400b)은 명목상 리턴 전극으로서 작동하도록 구성된다.
따라서 세 가지 주요 구성이 제공된다:
- 제1 표면(310)에 근접한 자극/리턴 전극 쌍(200a/400a); 또는
- 제2 표면(320)에 근접한 자극/리턴 전극 쌍(200b/400b); 또는
- 이들의 조합.
이것은 호일형 기판(300)의 이식가능한 원위 단부가 신경의 "위" 또는 "아래"와 같이 표적 조직의 "위" 또는 "아래"에 있는지 여부가 불확실한 경우 유리할 수 있다. 이것은 각 명목 구성에서 자극을 시도하고 신경 자극의 존재를 관찰 및/또는 측정함으로써 이식 후 결정될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 도 1a, 1b 및 1c와 관련하여, 각각의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)은 하나 이상의 자극 전극으로 작동되거나 하나 이상의 리턴 전극으로 작동될 수 있다.
일 실시예에서, 도 3a, 3b 및 3c는 이식가능한 자극기의 제3 실시예(102)를 통한 종단면을 도시한다. 이것은 다음을 제외하고는 도 2a, 2b 및 2c에 도시된 제2 실시예(101)와 유사하다:
- 상호연결부(250)는 도 3a에 도시된 바와 같이 제2 가로축(750)을 따라 약 동일한 위치로 배치된다. 선(250)은 동일한 세로 단면에 있는 것으로 도시되지 않았음을 나타내기 위해 해치(hatch)되어 있다 - 제1 가로축(700)을 따라 실질적으로 상이한 위치에 배치된 상호연결부(250)가 있음 -;
- 상호연결부(250)는 전극 어레이(200, 400)와 펄스 생성기(500) 사이의 2개의 인접한 점선으로 도 3b 및 3c에 도시된 바와 같이 제1 가로축(700)을 따라 실질적으로 상이한 위치에 배치됨;
- 제1 표면(310)에 제1 유형 전극(200) 및 제2 유형 전극(400)을 명목상 포함하는 대신에, 제1 표면(310)은 명목상 제1 유형(200)의 제1 전극(200a) 및 제2 전극(200b)을 포함함;
- 명목상 제2 표면(320)에 제1 유형 전극(200) 및 제2 유형 전극(400)을 포함하는 대신, 제2 표면(320)은 명목상 제2 유형(400)의 제1 전극(400a) 및 제2 전극(400b)을 포함함;
이 실시예(102)에서, 제1 유형의 전극(200a, 200b)은 명목상 구성 및 배열되어 자극 전극으로 작동하도록 구성되고, 제2 유형(400a, 400b)의 전극은 명목상 리턴 전극으로 작동하도록 구성된다.
따라서 세 가지 주요 구성이 제공된다:
- 이 전극 쌍의 위치에 근접한 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이를 자극하기 위한 자극/리턴 전극 쌍(200a/400a); 또는
- 전극 쌍의 위치에 근접한 제1 표면(310)과 제2 표면(320) 사이를 자극하기 위한 자극/리턴 전극 쌍(200b/400b); 또는
- 이들의 조합.
이것은 세로 오정렬을 교정하거나, 단순히 의료 전문가가 가장 효과적인 자극 위치를 선택하도록 하는 데 유리할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 도 2a, 2b 및 2c와 관련하여, 각각의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)은 하나 이상의 자극 전극으로서 작동되거나 하나 이상의 리턴 전극으로서 작동될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 동일한 유형의 하나 이상의 전극(200a, 200b 또는 400a, 400b)은 하나 이상의 상호연결부(250)를 적절하게 구성함으로써 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그러면 이들은 실질적으로 동일하게 작동될 것이다. 이것은 세로 위치 지정이 덜 민감하기 때문에 오정렬 및/또는 리드 이동을 예측 및/또는 수정하는 데 사용할 수 있다(자극이 더 큰 세로 및/또는 가로 범위에 걸쳐 제공됨).
도 4a, 4b 및 4c는 본 명세서에 기술된 바와 같이 이식가능한 자극기(100, 101, 102)에 포함되기에 적합한 대안적인 전극 어레이(200, 400) 구성을 도시한다.
도 4a는 자극기의 추가 실시예(103)의 이식가능한 원위 단부를 도시한다. 도 1c에 도시된 원위 단부와 유사하게, 제1 표면(310)은 다음을 포함한다:
- 제1 유형의 2개의 전극(200a, 200b) 및 제2 유형의 2개의 전극(400a, 400b). 근위 단부에서 원위 단부로, 도시된 순서는 200a, 400a, 200b, 400b이다 - 즉, 제1 유형(200a, 200b)의 각각의 전극은 제2 유형(400a, 400b)의 전극에 근접하고 동일한 표면(310)에 포함된다.
도 4a에 도시된 원위 단부는 다음을 제외하고는 도 1a에 도시된 것과 동일하다:
- 전극(200, 400)은 세로축(600)에 대해 비스듬히 연장됨. 이것은 조직 자극이 제공될 수 있는 세로 위치가 증가되기 때문에 세로 오정렬에 대한 민감도를 감소시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제2 표면(320)은 유사하게 제1 유형의 2개의 전극(200a, 200b) 및 제2 유형의 2개의 전극(400a, 400b)을 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 각각의 전극(200a, 200b, 400a, 400b)은 하나 이상의 자극 전극으로서 작동되거나 하나 이상의 리턴 전극으로서 작동될 수 있다.
도 4b는 자극기의 추가 실시예(104)의 이식가능한 원위 단부를 도시한다. 도 1c에 도시된 원위 단부와 유사하게, 제1 표면(310)은 4개의 전극을 포함한다. 그러나, 이 실시예(104)에서, 제1 표면(310)은 다음을 포함한다:
- 제1 유형의 4개의 전극(200a, 200b, 200c, 200d) 및 제2 유형의 전극(400). 근위 단부에서 원위 단부까지 표시된 순서는 200a, 200b, 200c, 200d이다. 제1 유형의 4개의 전극(200)에 가로로 인접한 것은 제2 유형의 전극(400)이고, 제1 유형의 각 전극(200)에 인접하도록 세로로 연장된다.
명목상, 제1 유형의 전극(200)은 하나 이상의 자극 전극으로 작동될 수 있다. 제2 유형의 전극(400)은 명목상 하나 이상의 자극 전극에 대한 리턴 전극으로 작동될 수 있다.
이것은 조직 자극이 증가될 수 있는 자극을 위해 선택될 수 있는 4개의 상이한 세로 위치가 제공되기 때문에 세로 오정렬에 대한 민감도를 감소시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제2 표면(320)은 유사하게 제1 유형의 4개의 전극(200a, 200b, 200c, 2003) 및 제2 유형의 인접하고 길이방향으로 연장된 하나의 전극(400)을 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 각각의 전극(200a, 200b, 200c, 200d, 400)은 하나 이상의 자극 전극으로 작동되거나, 하나 이상의 리턴 전극으로 작동될 수 있다.
도 4c는 자극기의 추가 실시예(105)의 이식가능한 원위 단부를 도시한다. 도 4b에 도시된 원위 단부와 유사하게, 제1 표면(310)은 제1 유형의 4개의 전극(200a, 200b, 200c, 200d)을 포함한다. 그러나, 이 실시예(105)에서, 제1 표면(310)은 제2 유형의 4개의 인접한 전극(400a, 400b, 400c, 400d)을 더 포함한다. 근위 단부에서 원위 단부까지 표시된 순서는 200a/400a, 200b/400b, 200c/400c, 200d/400d이다. 제1 유형의 4개의 전극(200) 각각에 가로로 인접하는 것은 세로축(600)을 따라 대략 동일한 배치로 제2 유형의 전극(400)이다.
명목상, 제1 유형의 전극(200)은 하나 이상의 자극 전극으로 작동될 수 있다. 제2 유형의 전극(400)은 명목상 하나 이상의 자극 전극에 대한 리턴 전극으로 작동될 수 있다. 명목상, 인접한 전극은 자극/리턴 쌍(200/400)으로 간주될 수 있다.
즉, 2x4 전극 어레이가 제공된다 - 가로축을 따라 2개, 세로축을 따라 4개로-.
이것은 조직 자극이 제공될 수 있는 자극을 위해 선택될 수 있는 4개의 다른 자극/리턴 쌍(200/400)이 실질적으로 다른 세로 위치에 제공되기 때문에 세로 오정렬에 대한 민감도를 감소시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제2 표면(320)은 제1 유형의 4개의 전극(200a, 200b, 200c, 200d) 및 제2 유형의 4개의 인접한 전극(400a, 400b, 400c, 400d)을 유사하게 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 각각의 전극(200a, 200b, 200c, 200d, 400a, 400b, 400c, 400d)은 하나 이상의 자극 전극으로 작동되거나 하나 이상의 리턴 전극으로 작동될 수 있다. 이것은 또한 가로 오정렬에 대한 민감도를 감소시킬 수 있다.
자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105)는 다음을 더 포함할 수 있다:
- 연관된 에너지 송신기가 근접할 때 연관된 에너지 송신기로부터 에너지를 무선으로 수신하도록 구성 및 배열된 에너지 수신기;
그 동작을 위해 에너지 수신기로부터 전기 에너지를 수신하도록 더 구성 및 배열된 펄스 생성기(500)
도 5 및 도 6은 두통 또는 원발성 두통(primary headache)과 같은 상태를 치료하기 위한 신경자극을 제공하기 위해 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105)의 적절하게 구성된 이식가능한 원위 단부를 사용하여 자극될 수 있는 신경의 구성을 도시한다.
도 5는 적절하게 구성된 장치를 사용하여 전기적으로 자극될 수 있는 왼쪽 안와상 신경(910) 및 오른쪽 안와상 신경(920)을 도시한다. 도 6은 적절하게 구성된 장치를 사용하여 전기적으로 자극될 수도 있는 왼쪽 대후두 신경(930) 및 오른쪽 대후두 신경(940)을 도시한다.
자극될 영역의 크기와 이식될 장치 부분의 크기에 따라, 치료에 필요한 전기 자극을 제공하기에 적합한 위치가 결정된다. 자극 장치(100, 101, 102, 103, 104, 105)를 포함하는 자극 장치의 원위 부분에 대한 대략적인 이식 위치는 다음의 영역으로 도시된다:
- 편두통 및 군발성 두통(cluster headache)과 같은 만성 두통을 치료하기 위한 왼쪽 안와상 자극을 위한 위치(810) 및 오른쪽 안와상 자극을 위한 위치(820).
- 편두통, 군발성 두통 및 후두 신경통과 같은 만성 두통을 치료하기 위한 왼쪽 후두부 자극을 위한 위치(830a 또는 830b) 및 오른쪽 후두부 자극을 위한 위치(840a 또는 840b). 자극을 위한 위치(830b, 840b)는 (외부의) 후두 융기 이니온(inion)보다 상위("위")에 위치한다.
많은 경우에, 이들은 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105)에 대한 대략적인 위치(810, 820, 830a/b, 840a/b)가 될 것이다.
각 이식 위치(810, 820, 830a/b, 840a/b)에 대해, 별도의 자극 시스템이 사용될 수 있다. 이식 위치(810, 820, 830a/b, 840a/b)가 서로 가깝거나 심지어 겹치는 경우 단일 자극 시스템은 하나 이상의 이식 위치(810, 820, 830a/b, 840a/b)에서 자극하도록 구성될 수 있다.
복수의 자극 장치(100, 101, 102, 103, 104, 105)는 필요한 치료를 제공하기 위해 개별적으로, 동시에, 순차적으로 또는 이들의 임의의 조합으로 작동될 수 있다.
도 7은 다른 상태를 치료하기 위한 신경자극을 제공하기 위해 적절하게 구성된 개선된 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105)를 사용하여 자극될 수 있는 신경의 추가 구성을 도시한다. 도 5 및 도 6에 도시된 위치(810, 820, 830, 840)는 또한 도 7에 도시되어 있다.
자극할 영역의 크기와 이식할 장치 부분의 치수에 따라 치료에 필요한 전기 자극을 제공하기에 적합한 위치가 결정된다. 자극 전극을 포함하는 자극 장치 부분에 대한 대략적인 이식 위치는 다음의 영역으로 도시된다:
- 간질 치료를 위한 피질 자극을 위한 위치(810);
- 파킨슨병 환자의 떨림 조절 치료를 위한 심부 뇌 자극; 근긴장 이상 치료, 비만, 본태성 떨림, 우울증, 간질, 강박 장애, 알츠하이머병, 불안, 폭식증, 이명, 외상성 뇌 손상, 투렛병, 수면 장애, 자폐증, 양극성 장애 치료; 및 뇌졸중 회복을 위한 위치(850)
- 뇌전증, 우울증, 불안, 폭식증, 비만, 이명, 강박 장애, 심부전, 크론병 및 류마티스 관절염 치료를 위한 미주 신경 자극을 위한 위치(860);
- 고혈압 치료를 위한 경동맥 또는 경동맥 자극을 위한 위치(860);
- 수면 무호흡증 치료를 위한 설하 및 횡경막 신경 자극을 위한 위치(860);
- 만성 목 통증을 치료하기 위한 뇌척수 자극을 위한 위치(865);
- 사지 통증, 편두통, 사지 통증을 치료하기 위한 말초 신경 자극을 위한 위치(870);
- 만성 요통, 협심증, 천식, 일반 통증을 치료하기 위한 척수 자극을 위한 위치(875);
- 비만, 폭식증, 간질성 방광염의 치료를 위한 위 자극을 위한 위치(880);
- 간질성 방광염 치료를 위한 천골 및 음부 신경 자극을 위한 위치(885);
- 요실금, 변실금의 치료를 위한 천골 신경 자극을 위한 위치(885);
- 방광 조절 치료를 위한 천골 신경 조절을 위한 위치(890); 및
- 보행 또는 족저 치료를 위한 비골 신경 자극을 위한 위치(895).
치료할 수 있는 다른 상태로는 위식도 역류 질환, 자가면역 질환, 염증성 장 질환 및 염증성 질환이 있다.
기판(100)과 전극 어레이(200, 400)의 순응성 및 감소된 두께는 하나 이상의 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105)를 하나 이상의 신경, 하나 이상의 근육, 하나 또는 더 많은 기관, 척수 조직, 뇌 조직, 하나 이상의 피질 표면 영역, 하나 이상의 구(sulci) 및 이들의 임의의 조합에 대해 매우 유리하게 만든다.
도 1 내지 도 4와 관련하여 위에서 설명된 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105)는 개선된 순응을 위해 구성 및 배열된 실시예로서 일반적으로 설명될 수 있다.
자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105)는 더 변형될 수 있다. 비제한적인 예에서:
- 호일형 기판(300) 및 펄스 생성기(500)의 일부는 후술하는 것과 같은 하나 이상의 유연한 생체적합성 캡슐화층들에 내장될 수 있다. 이 층들은 액정 폴리머(LCP), 폴리디메틸실록산(PDMS), 실리콘 폴리우레탄, 폴리이미드, 파릴렌, 생체적합성 폴리머, 생체적합성 엘라스토머, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 8 내지 도 12와 관련하여 아래에서 설명되는 이식가능한 전기 장치(1100, 1101, 1102)는 일반적으로 개선된 캡슐화를 위해 구성 및 배열된 실시예로서 설명될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이들은 어느 정도의 자극을 제공하도록 구성 및 배열된 이식가능한 의료장치(1110, 1111)에 포함될 수 있다.
도 11a는 개선된 이식가능한 전기 또는 전자기기(1100)를 통한 단면을 도시한다. 이것은 다음을 포함한다:
- 제1 표면(1410) 및 하나 이상의 전기 전도체(1210)를 갖는 기판(1400).
선택적으로, 기판(1400)은 실질적으로 생체적합성일 수 있다. 그러나, 하나 이상의 캡슐화층(1310)의 사용은 생체적합성, 부분적 생체적합성 또는 상당히 생체적합성이 아닌 기판(1400) 및 전기 전도체(1210)가 사용되는 것을 허용할 수 있다.
일반적으로, 재료 또는 층의 생체적합성 정도는 조직 반응의 정도와 생체안정성으로 간주되는 기간을 측정하여 결정할 수 있다. 낮은 정도의 조직 반응 및/또는 장기간의 생체 안정성은 고도의 생체적합성을 나타낸다.
기판(1400)은 실질적으로 유연하도록 더 구성 및 배열된다 - 즉, 기판은 상당한 정도로 신축성이 있거나 유연하거나 또는 순응적(또는 순응성)이다. 유연성의 정도는 다음과 같은 파라미터를 사용하여 조정할 수 있다.
- 장치(1100) 소자의 치수, 및/또는
- 원하는 특성을 가진 재료 및 물질의 포함, 및/또는
- 사용된 재료와 물질의 조합, 및/또는
- 사용된 재료 및 물질의 백분율, 및/또는
- 오목부, 개구부, 구멍, 보강재의 포함.
추가적으로 또는 대안적으로, 당업자는 유연성의 정도가 도 1 내지 도 4와 관련하여 설명된 기판(300)에 대해 위에서 설명된 파라미터를 사용하여 조정될 수 있음을 인식할 것이다.
하나 이상의 전기 전도체(1210)가 매우 개략적으로 도시되어 있다. 그것들은 전도성 재료를 적용함으로써 기판(1400)에 매립되거나 증착된 전도체일 수 있다 - 예를 들어, 그것들은 단일 폴리머 층을 갖고, 반도체 산업에서 알려진 적절한 증착 기술을 사용. 금속과 같은 하나 이상의 전도체(1210)가 - 예를 들어 와이어, 스트랜드, 호일, 라미나, 플레이트 및/또는 시트와 같은 하나 이상의 전도성 소자에 - 필요에 따라 형성될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 전도체는 기판(1400)의 외부 표면들 사이에 위치할 수 있으며;
장치(1100)는 다음을 더 포함한다:
- 폴리디메틸실록산(PDMS) 고무를 포함하는 제1 생체적합성 캡슐화층(1310); 및
- 제1 접착층(1510),
본 개시내용의 맥락에서, 세라믹은 비교적 고도의 열 안정성, 내마모성 및 부식에 대한 저항성을 제공하는 고급 세라믹 및/또는 산업용 세라믹으로 간주되어야 한다.
가장 적합한 세라믹 재료는 습기에 대해 비교적 낮은 투과성을 제공하기 위해 캡슐화층 및/또는 기판에 대해 고도의 접착력을 가지고 비교적 균일한 코팅으로 적용될 수 있는 것이다. 이 맥락에서, 세라믹 재료는 무기, 비금속 또는 금속, 종종 결정질 산화물, 질화물 또는 탄화물 재료일 수 있다. 탄소나 실리콘과 같은 일부 요소도 세라믹으로 간주된다. 비금속 세라믹은 비금속 및 금속 요소 모두를 포함할 수 있다.
선택적으로, 제1 접착층(1510)은 실질적으로 생체적합성일 수 있다. 그러나, 하나 이상의 캡슐화층(1310)의 사용은 생체적합성, 부분적 생체적합성 또는 상당히 생체적합성이 아닌 하나 이상의 접착층(1510)이 사용되는 것을 허용할 수 있다.
제1 접착층(1510) 및 제1 캡슐화층(1310)은 인간 또는 동물의 신체로부터 제1 표면(1410)의 적어도 일부로의 유체의 침투에 저항하도록 구성 및 배열된다. 구성 및 배열은 아래에서 더 설명된다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 이 단면에서 접착/캡슐화층(1510/1310)의 범위는 기판(1400)의 범위보다 작을 수 있다. 일반적으로, 접착/캡슐화층(1510/1310)의 범위는 기판(1400)의 범위보다 크거나 같거나 작을 수 있다. 접착 및 캡슐화층에 대한 "보다 큰" 실시예가 도 11c에 도시되어 있다. 또한, 접착 및 캡슐화층에 대한 "보다 작은" 실시예가 도 11b 및 도 12a에 도시되어 있다.
일반적으로, 유체의 침투에 대해 보호되는 제1 표면(1410)의 부분은 접착/캡슐화층(1510/1310)의 범위와 같거나 작다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 이 단면의 접착층(1510)의 범위는 캡슐화층(1310)의 범위보다 작을 수 있다. 일부 구성에서는 접착층(1510)의 가장자리가 적어도 부분적으로 캡슐화되기 때문에 유리할 수 있다. 일반적으로, 접착층(1510)의 범위는 캡슐화층(1310)의 범위보다 크거나, 같거나, 작을 수 있다. 추가의 "보다 작은" 실시예가 도 11c 및 도 12a에 도시되어 있다. 기판의 "동일한" 부분이 도 12b에 도시되어 있다.
바람직한 실시예에서, 접착층(1510)의 범위는 캡슐화층(1310)의 범위와 같거나 더 크다 - 이것은 기판(1400)의 표면(1410)과 직접 접촉하는 캡슐화재(1310)의 표면적이 크게 줄어들기 때문에 특정 구성에서 유리할 수 있다. 어떤 경우에는 이 표면적이 실질적으로 0이 될 수 있어 유체가 침투할 가능성이 더욱 줄어들어 실질적으로 0일 수 있다. 실질적으로 0인 실시예가 도 11c에 도시되고 기판의 일부는 도 12b에 도시된다.
도 11b는 다른 이식가능한 전기 또는 전자기기(1101)를 도시한다. 이것은 다음을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 11a에 도시된 이식가능한 전기 장치(1100)와 동일하다:
- 제2 표면(1420);
- 폴리디메틸실록산(PDMS) 고무를 포함하는 제2 생체적합성 캡슐화층(1320); 및
- 세라믹 재료를 포함하고, 제2 평면(1420)과 제2 캡슐화층(1320) 사이에 배치된 제2 접착층(1520). 제2 접착층(1520)은 제2 표면(1420)에 순응하도록 더 구성 및 배열됨- 즉, 그것은 순응성 층이다.
제2 접착층(1520) 및 제2 캡슐화층(1320)은 사람 또는 동물의 신체로부터 제2 표면(1420)의 적어도 일부로의 유체의 침투에 저항하도록 구성 및 배열된다. 구성 및 배열은 아래에서 더 설명된다.
제2 캡슐화층(1320)은 제1 캡슐화층(1310)과 실질적으로 동일하거나, 유사하거나, 상이할 수 있다.
제2 접착층(1520)은 제1 접착층(1510)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나, 실질적으로 상이할 수 있다.
제1 표면(1410) 및 제2 표면(1420)이 도 11b에서 기판의 대향면으로 도시되어 있지만, 다음과 같은 다른 조합이 가능하다:
- 제1 접착/캡슐화층(1310/1510) 및 제2 접착/캡슐화층(1320/1520)을 제1 표면(1410)의 상이한 영역에 적용하는 단계;
- 제1 접착/캡슐화층(1310/1510) 및 제2 접착/캡슐화층(1320/1520)을 제2 표면(1420)의 상이한 영역에 적용하는 단계;
- 제1 표면(1410) 및 제2 표면(1420)은 서로 인접하고;
- 제1 표면(1410)과 제2 표면(1420)은 서로 대향하고;
- 제1 표면(1410)과 제2 표면(1420)은 서로에 대해 미리 결정된 각도를 이루고;
- 제1 표면(1410) 및 제2 표면(1420)은 서로에 대해 실질적으로 수직이다.
도 11c는 추가 이식가능한 전기 또는 전자기기(1102)를 도시한다. 이것은 단면에서 다음을 제외하고는 도 11a에 도시된 이식가능한 전기 장치(1100)와 동일하다:
- 기판(1400)은 4개의 보호된 표면을 포함하며, 각각의 표면은 추가 접착층(1500) 및 추가 캡슐화층(1300)에 의해 보호됨;
- 추가 접착층(1500)의 범위는 각각의 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 큼;
- 추가 캡슐화층(1300)의 범위는 각각의 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 큼; 및
- 추가 접착층(1500)의 범위는 각각의 보호된 표면에 대한 캡슐화층(1300)의 범위보다 작음.
기능적으로, 추가 캡슐화층(1300)이 도 11b에 도시된 제1 캡슐화층(1310) 및 제2 캡슐화층(1320)을 포함하는 것으로 또한 고려될 수 있다.
기능적으로, 추가 접착층(500)은 도 11b에 도시된 제1 접착층(1510) 및 제2 접착층(1520)을 포함하는 것으로 또한 고려될 수 있다.
기능적으로, 도 11c에 도시된 기판(1400)은 도 11b에 도시된 제1 표면(1410) 및 제2 표면(1420)의 보호된 부분을 포함하는 것으로 또한 고려될 수 있다. 그러나, 도 11c에 도시된 기판(1400)은 이러한 보호된 제1 또는 제2 표면에 인접한 둘 이상의 추가 보호 표면들을 포함한다.
도 11c의 추가 캡슐화층(1300)은 도 11a 또는 도 11b에 도시된 제1 캡슐화층(1310)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나, 실질적으로 상이할 수 있다. 도 11c의 추가 캡슐화층(1300)은 도 11b에 도시된 제2 캡슐화층(1320)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나, 실질적으로 상이할 수 있다.
도 11c의 추가 접착층(1500)은 도 11a 또는 11b에 도시된 제1 접착층(1510)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나, 실질적으로 상이할 수 있다. 도 11c의 추가 접착층(1500)은 도 11b에 도시된 제2 접착층(1520)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나, 실질적으로 상이할 수 있다.
추가 실시예(1102)는 다음과 같은 이유로 유리할 수 있다.
- 유체의 침투에 대해 보호되는 기판(1400)의 표면 부분은 추가 캡슐화층(1300)의 범위보다 작고;
- 추가 접착층(1500)의 가장자리는 실질적으로 캡슐화(1300)되고; 그리고
- 기판(1400)의 표면과 직접 접촉하는 캡슐화재(1300)의 표면적은 0에 가깝거나 실질적으로 0이다.
PDMS에 대한 고도의 접합을 제공하기 위해 특정 접착층(1510, 1520)의 적합성을 확립하기 위한 실험이 수행되었다.
A. 샘플 준비
도 10은 테스트 샘플(1130)을 통한 단면을 도시한다.
1) Pt 도금법을 이용한 IDC
IDC(Interdigitated Capacitor)(1230)가 캡슐화 성능 평가에 사용되었다 - 약 600nm의 Pt(백금)를 중간 10nm 티타늄 접착력으로 1μm(1미크론) 두께의 플라즈마 강화 화학 기상 증착(CVD) SiO2 층(1435) 위에 스퍼터링했다. 이러한 IDC (1230)에 대한 자세한 내용은 "내시경적으로 이식가능한 위장 자극기를 위한 실리콘 고무 캡슐화"(Lonys, Vanhoestenberghe, Julemont, Godet, Delplancke, Mathys 및 Nonclercq, Med. Biol. Eng. Comput. 53 319-29, 2015)에서 발견된다. SiO2층(1435)이 실리콘 기판(1430) 상에 제공된다.
2) ALD 코팅
ALD(Atomic Layer Deposition)는 nm 두께의 등각 코팅을 만드는 데 사용할 수 있는 코팅 프로세스이다. ALD 코팅은 약 1mbar(1hPa)의 감압(N2 대기)에서 PICOSUN® R-200 Advanced ALD 리액터(reactor)를 사용하여 적용되었다.
핀란드 Picosun Oy사의 R-200 Advanced는 고품질 ALD 필름 증착을 제공한다. Al2O3, TiO2, SiO2, Ta2O5, HfO2, ZnO, ZrO2, AlN, TiN, Pt 또는 Ir과 같은 금속을 포함한 증착에 적합하다고 제조업체에 의해 제안된다.
이는 조정 가능한 300-3000W 전력, 2.45GHz 주파수의 원격 마이크로파 플라즈마 생성기로 구성되며 로딩 챔버에 장착되고 반응 챔버에 연결된다. 6개의 개별 주입구가 있는 최대 12개의 소스를 사용할 수 있다 - 플라즈마 옵션을 선택한 경우 7개 -. 전구체 소스는 액체, 기체 및/또는 고체 화학물질을 포함할 수 있다. 전구체는 또한 오존 및/또는 플라즈마를 포함할 수 있다. 원격 플라즈마 옵션은 단락 및/또는 플라즈마 손상 위험을 크게 줄이면서 금속을 증착할 수 있다. 처리 온도는 일반적으로 50-500℃일 수 있다. 플라즈마는 일반적으로 가열된 샘플 홀더로 약 450℃까지 또는 최대 약 650℃까지 사용할 수 있다.
이는 웨이퍼, 3D 물체 및 나노 스케일 특징의 광범위한 재료에 적용할 수 있는 비교적 낮은 입자(또는 실질적으로 입자가 없는) 처리를 제공하는 고온 벽 및 실질적으로 분리된 입구 및 기기로 구성된다. 이는 독점적인 Picoflow?? 확산 인핸서를 사용하여 다공성, 관통 다공성, 높은 종횡비(최대 1:2500) 및 나노 입자 샘플에서도 고도의 균일성을 제공한다. 이 인핸서는 플라즈마 종의 역확산을 크게 줄이기 위해 중간 공간에 보호 가스 흐름을 제공한다.
제1 및 제2 원소를 포함하는 단층을 형성하기 위한 적합한 ALD 프로세스는 다음을 포함할 수 있다:
- 반응 공간에 기판을 샘플로 로딩하는 단계;
- 제1 원소를 포함하는 일정량의 제1 분자를 반응 공간에 도입함으로써, 제1 분자의 적어도 제1 부분이 기판의 표면에 흡착되도록 하는 단계; 및
- 제2 원소를 포함하는 일정량의 제2 분자를 반응 공간에 도입함으로써, 제1 및 제2 원소를 포함하는 화합물의 단층을 형성하기 위해 제2 분자의 적어도 제2 부분이 기판 표면 상의 제1 부분과 반응하는 단계.
Picohot?? 소스 시스템(PH-300)과 R-200 Advanced용 PicoSolution 옵션을 사용하여, 증가된 온도와 실온에서 스테인리스강 전구체 병에서 전구체가 기화된다. Picohot?? 300 소스 시스템은 소스 가열을 최대 300℃까지 허용하며, 이는 제조업체에 의해 소스 온도에서 증기압이 적어도 2mbar의 소스 화학 물질에 적합하다고 제안된다. Picosolution?? 600 소스 시스템은 액체 전구체를 사용할 수 있도록 하며, 제조업체에 의해 소스 온도에서 증기압이 적어도 10mbar의 소스 화학 물질에 적합하다고 제안된다.
200℃에서 열 ALD 프로세스는 2개의 다른 전구체 재료(반응 공간에서 잉여 분자를 제거하기 위해 N2 퍼지에 의해 분리됨)가 HfO2(이산화하프늄) 코팅(1530)을 구축하기 위해 사용되는 층별 증착 방법에 적용된다 - 이것은 도 10에서 기판(1430, 1435) 및 IDC 센서(1230)의 외부 표면을 실질적으로 덮는 코팅(1530)으로 도시됨.
약 90분의 선택적 안정화 시간이 200℃에서 사용된다. 약 5nm의 10개의 층이 약 50nm의 ALD 층에 적용된다.
ALD는 낮은 결함 및/또는 감소된 핀홀 형성을 갖는 초박형 등각 코팅을 생성하는 데 유리할 수 있다고 믿어진다. 또한, ALD를 위한 증착 온도는 민감한 금속화 및/또는 폴리머를 포함하는 장치에 유리한 200℃미만으로 유지될 수 있다.
3) PDMS 캡슐화
샘플은 실질적으로 생체적합성 PDMS(MED2-6215, NuSil Carpinteria, USA) (1330)을 포함하는 층으로 캡슐화된다.
nusil.com/product/med-6215_optically-clear-low-consistency-silicone-elastomer에서:
MED-6215는 광학적으로 투명하고 낮은 농도의 실리콘 엘라스토머이다. 그것은 무용매 및 상대적으로 낮은 점성을 갖는 두 부분으로 제공된다. 그것은 추가-경화 화학반응을 통해 열로 경화된다. 혼합 비율은 10:1(파트 A: 파트 B)이다.
MED-6215는 실질적으로 생체적합한 것으로 간주된다 - 제조업체는 그것이 29일 이상의 기간 동안 인체 이식에 사용할 수 있다고 제안한다.
제조업체는 금속(스테인리스 스틸, 스틸, 구리 및 알루미늄 등), 세라믹 재료, 경질 플라스틱 및 다른 실리콘 재료를 포함한 다양한 기판에 대한 MED-6215의 접착력을 더욱 개선시키기 위해 프라이머로서 실리콘 프라이머 Nu-Sil MED1-161을 제안한다.
MED-6215는 의료 등급이 이용가능하다 - 즉, 실질적으로 생체적합성이 있고 의료용 이식 장치에 사용하기에 적합하다. 이는 모든 원료, 중간체 및 완제품(의료용)이 해당 GMP 및/또는 적절한 규제 표준: cGMP 21 CFR § 820(장치), cGMP 21 CFR § 210-211(의약품/ API) 및 ISO 9001에 따라 제조되도록 함으로써 실현된다.
딥 코팅(dip-coating) 프로세스가 캡슐화를 위해 사용된다. 예를 들어 4000~7000cP(mPas)와 같은 비교적 낮은 평균 점도는 PDMS가 샘플 상에 더 쉽게 흐르도록 한 것으로 보인다. PDMS 1330의 두께는 50~200μm(미크론) 사이로 추정된다.
B. 실험 설정
ALD 코팅의 수명 신뢰성은 층의 순응성 및 접착력, 이온 매질에서의 안정성과 같은 요인에 따라 달라질 수 있다. 이것은 연장된 침지 테스트 후 IDC의 임피던스를 사용하여 측정되었다.
연장된 침지는 약 실온(약 23℃)에서 인산 완충 식염수(PBS)를 사용하였다.
전기화학적 임피던스 분광법(EIS)이 "신경 인터페이스의 절연 임피던스 및 가속 수명 테스트를 조사하는 장치"(Donaldson, Lamont, Shah Idil, Mentink, Perkins, J. Neural Eng, 2018, 10.1088/1741 -2552/aadeac)에 기재된 방법을 사용하여 ALD 및 ALD-PDMS 코팅의 성능을 평가하기 위해 실행되었다.
측정은 주파수 응답 분석기와 함께 전위차 조절 장치가 있는 Solartron Modulab을 사용했다. 측정은 IDC 구조체의 빗살(comb) 사이에 2셀 전극 구성으로 수행되었다. 패러데이 케이지도 사용되었다.
III. 결과 및 논의
A. 측정 결과
샘플 준비 및 식염수에 침지 후, EIS 측정이 수행되었다.
도 8a 및 8b는 3개의 샘플에 대한 EIS 결과(1700, 1710)를 도시한다.
도 8a는 수직(Y) 축을 따라 임피던스 크기가 101에서 1011 |Z| 옴(Ohm)이고, 수평(X) 축을 따라 주파수가 10-2 ~ 105Hz인 보드 플롯(1700)을 도시한다.
노출된 Pt 금속(1701)이 있는 베어(bare) IDC는 10-2, 5x106에서 104, 102까지 대략 직선을 형성하고, 그 다음 직선이 105, 102로 더 이어진다.
- 10-2, 109에서 105, 103까지 대략 직선을 형성하는 HfO2 ALD(1702)로 코팅된 IDC 및
- 10-2, 1011에서 105, 105까지 대략 직선을 형성하는 ALD-PDMS 이중층(1703)으로 코팅된 IDC.
도 8b는 수직(Y) 축을 따라 위상이 0도에서 -90도이고, 수평(X) 축을 따라 주파수가 10-2에서 105Hz인 보드 플롯(1710)을 도시한다.
- 10-2, -20 ~ 100, -70 ~ 102, -80 ~ 10-4, -20 ~ 10-5, 0을 통과하는 곡선을 형성하는 노출된 Pt 금속(1711)이 있는 베어 IDC;
- 10-2, -60에서 100, -80에서 102, -90에서 10-4, -80에서 10-5, -70을 통과하는 곡선을 형성하는 HfO2 ALD(1712)로 코팅된 IDC; 및
- 10-2, -80에서 100, -90에서 102, -90에서 10-4, -80에서 10-5, -90을 통과하는 곡선을 형성하는 ALD-PDMS 이중층(1713)으로 코팅된 IDC.
베어 IDC(1701, 1711)의 경우, 중간 주파수 대역(100Hz - 103Hz)에서 위상 (1711)은 약 -80도에서 상대적으로 일정하게 나타난다. 더 낮은 주파수(약 10-2Hz)에서 분극 저항이 우세한 것으로 나타나 약 -20도의 위상이 발생한다. 이것은 금속이 전해질에 완전히 노출되었음을 나타내는 것으로 믿어진다.
ALD 코팅된 IDC(1702, 1712)는 상대적으로 더 높은 임피던스 값을 보이는 것으로 나타났다 - 이는 주파수 범위에서 더 많은 용량성 반응을 시사한다. 이 정전용량은 Pt 금속과 전해질이 ALD 층에 의해 분리되어 발생되고, 유전체 역할을 하는 것으로 여겨진다. 금속에 대한 완전한 보호막(conformal coating) 또는 유체 침투에 대한 높은 저항은 EIS 결과(1700, 1710)에서 실질적으로 용량성 반응을 초래할 것으로 믿어진다.
ALD-PDMS 이중층(1703, 1713)의 경우, 임피던스(1703) 및 위상(1713) 결과는 약 -90도에 가까운 위상 결과(1713)와 함께 실질적으로 전체 주파수 범위에 걸쳐 실질적으로 용량성 반응을 나타낸다.
ALD 층의 임의의 박리 또는 균열은 전해질에 더 많은 금속을 노출시킬 수 있으며, 결과적으로 10-1Hz 미만의 더 낮은 주파수 영역에서 더 현저하게 나타나는 실질적으로 더 낮은 임피던스 및 위상각을 초래할 수 있다고 믿어진다. 도 8a 및 8b에서, ALD(1702, 1712)와 ALD-PDMS 이중층(1703, 1713)의 비교는 이중층 캡슐화된 IDC(1703, 1713)에 대해 약 100배 더 높은 임피던스 값(1703)을 보여준다. 또한, 위상 결과(1713)는 실질적으로 더 많은 용량성 반응을 나타낸다.
또한, ALD 결함으로 인해 노출된 금속 영역도 약 1015 Ohm.㎝ 비저항을 가지고 PDMS로 캡슐화된다. ALD에서 PDMS가 크게 박리되면, 수분이 응결되어 빗살 사이에 하나 이상의 전도성 경로가 생성되는 것으로 믿어진다. 이것은 약 10-1Hz 미만의 낮은 주파수 영역에서 더 현저하게 보이는 더 낮은 임피던스와 위상각을 초래할 수 있다.
캡슐화 및 접착 성능의 변화를 추적하기 위해, 모든 샘플에 대해 월별 EIS 측정을 수행했다. 약 10-2Hz에서의 임피던스와 위상각을 시간 경과에 따른 모니터링을 위한 기준값으로 선택했다.
도 8c 및 8d는 450일의 침지 동안 2개의 ALD 샘플 및 2개의 ALD-PDMS 샘플에 대한 접착성 평가 결과(1720, 1730)를 도시한다. 도 8a 및 8b에 도시된 결과는 T=0일에서 측정된 값으로 간주되었다.
도 8c는 수직(Y)축을 따라 0에서 1011|Z| Ohm의 임피던스 크기 및 수평(X) 축을 따라 0에서 16개월의 시간으로 접착 평가(1720)를 도시한다:
- HfO2 ALD(1722a, 1722b)로 코팅된 2개의 IDC는 0, 109에서 16, 109까지 대략 직선을 형성한다. 두 샘플 모두 실질적으로 동일한 결과를 제공하여 0에서 1개월 및 15에서 16개월사이의 최소 편차를 제외하고는 실질적으로 겹치는 선을 생성했다; 및
- ALD-PDMS 이중층(1723a, 1723b)로 코팅된 2개의 IDC는 0, 1011에서 16, 1011까지 대략 직선을 형성한다. 두 샘플 모두 실질적으로 동일한 결과를 제공하여 선이 실질적으로 겹치게 되었다.
도 8d는 수직(Y) 축을 따라 -30도 내지 -90도의 위상 및 수평(X) 축을 따라 0 내지 16개월의 시간으로 접착성 평가(1730)를 도시한다:
- HfO2 ALD로 코팅된 제1 IDC(1732a)는 0, -70에서 16, -65까지 대략 직선을 형성하고;
- HfO2 ALD로 코팅된 제2 IDC(1732b)는 0, -75에서 2, -63까지, 4, -65까지, 16, 60까지 대략 직선을 형성하고;
- ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 제1 IDC(1733a)는 0, -83에서 2, -78까지, 6, -80에서 16, -80까지 대략 직선을 형성하고; 및
- ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 제2 IDC(1733b)는 0, -80에서 2, -78까지, 6, -77까지, 10, -80까지, 16, -78까지 대략 직선을 형성함.
ALD 전용 샘플(1722, 1732)의 경우, 침지 첫 달 후에 위상각(1732a, 1732b)의 강하가 측정되었는데, 이는 유체가 ALD 층의 하나 이상의 결함을 통해 금속과 접촉했음을 시사한다. 연장된 침지 동안 실질적으로 안정적인 결과가 관찰되었다. 이것은 이온 매질에서 HfO2접착층의 실질적으로 높은 안정성 및 연장된 기간에 걸쳐 Pt에 대한 HfO2의 실질적으로 고도의 접착력을 나타내는 것으로 믿어진다. HfO2층의 상당한 열화는 임피던스 크기(1720)의 상당한 강하와 같이 상대적으로 더 높은 용량성 반응을 보일 것으로 예상되지만 - 이것은 관찰되지 않았다. 또한, Pt에서 ALD 층의 상당한 박리가 식염수에 노출된 금속에서 비롯된 훨씬 더 저항적인 반응을 초래할 것으로 예상되지만 - 이 역시 관찰되지 않았다.
ALD 샘플(1722, 1732)의 광학적 검사는 상당한 층 변색 또는 열화가 관찰되지 않았기 때문에 이러한 결론을 뒷받침한다.
ALD-PDMS 이중층 샘플(1723, 1733)의 경우, 연장된 기간에 걸쳐 실질적으로 안정적인 결과가 기록되었으며, 이는 두 층 사이의 상대적으로 고도의 접착력 및 유체 침투에 대한 실질적으로 더 높은 저항성을 시사한다.
B. 결론
Pt는 고도의 생체적합성 및 안정성으로 인해 전도체 및/또는 전극 영역에서 널리 사용된다. 그러나 PDMS, 파릴렌 및 에폭시와 같은 캡슐화재의 Pt에 대한 접착력이 상대적으로 약하기 때문에 기존 시스템에서 장기 안정성이 감소할 수 있다.
이 결과로부터, 하나 이상의 세라믹 재료를 포함하는 접착층을 추가하는 것이 유리할 수 있다고 믿어진다. 특히, 약 25nm 내지 100nm, 바람직하게 약 50nm의 평균 두께를 갖는 HfO2 ALD 층은 Pt와 PDMS 사이에 실질적으로 안정적인 중간 접착층을 제공할 수 있다. 또한, HfO2 층과 SiO2 기판 사이, 특히 Pt 포크(fork) 사이에서 비교적 고도의 접착력도 측정되었다.
적절한 경우, HfO2 ALD 층에 대한 접착력을 개선하기 위해 다른 재료를 포함하는 기판에 SiO2 및/또는 Pt 층이 제공될 수 있다.
캡슐화층(1330) 및 접착층(1530)의 ALD-PDMS 이중층은 특히 유리한 것으로 보인다:
- HfO2 ALD 접착층은 이온성 매질에서 훨씬 더 높은 안정성을 보여 PDMS 캡슐화를 통한 박리 또는 수분 투과에 대해 상대적으로 더 긴 저항을 제공하는 것으로 나타났다.
- 비교적 낮은 평균 점도, 예를 들어 4000 내지 7000cP(mPas)를 갖는 PDMS는 캡슐화 동안 상당한 기간 동안 임의의 결함 및 ALD 층의 개구부 사이에 PDMS의 흐름으로 인해 더 오래 지속되는 접착 및 결함 감소에 기여할 수 있다.
- PDMS-유형 재료는 생체적합성이 비교적 높아 일반적으로 이식에 매우 적합하다. 적절한 선택 및 처리를 통해 많은 PDMS-유형 재료가 실질적으로 생체 적합하도록 구성 및 배열될 수 있다.
기판(1400)에 포함된 폴리머 재료는 바람직하게는 유연성에 적합하고,하나 이상의 전기 전도체(1210)를 포함하도록 선택된다. 바람직하게는, 폴리머 기판 재료는 고도의 생체적합성 및 내구성을 갖는다. 기판(1400)에 포함되기에 적합한 폴리머 재료는 도 1 내지 도 4와 관련하여 순응성 기판에 대해 위에서 언급한 것들을 포함한다. 특히, 폴리이미드, 파릴렌 C, SU-8, LCP, 폴리우레탄, 또는 이들의 임의의 조합이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 제1 및/또는 제2 표면(1410, 1420)은 상당한 양의 하나 이상의 액정 폴리머(LCP)를 포함한다. 선택적으로, 제1 및/또는 제2 표면(1410, 1420)은 실질적으로 하나 이상의 LCP로 구성될 수 있다. 선택적으로, 제1 및/또는 제2 표면(1410, 1420)은 본질적으로 하나 이상의 LCP로 구성될 수 있다.
아래 표는 일반적인 폴리이미드와 일반적인 LCP의 여러 물리적 및 화학적 특성을 비교한다.
유리하게는, 예를 들어 LCP를 포함하는 기판(1400)은 2500 내지 3600 MPa(2.5 내지 3.6 GPa) 범위의 영률을 가진다.
선택적으로, 기판(1400)은 전기 에너지가 하나 이상의 전기 전도체(1210)에 적용될 때 에너지를 수신하도록 구성된 하나 이상의 전기 또는 전자 소자를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들은 유도 결합, 용량 결합 또는 직접 연결될 수 있다. 이것은 PCB 기술이 사용될 수 있으므로 상당한 양의 하나 이상의 LCP를 포함하는 기판에 특히 유리하다. 바람직하게는 금이나 백금과 같은 생체적합성 금속이 사용된다.
바람직하게는, 하나 이상의 캡슐화층(1310, 1320) 및 하나 이상의 접착층(1510, 1520)은 하나 이상의 소자에 근접한 하나 이상의 표면(1410, 1420)의 적어도 일부에 대한 유체의 침투에 저항하도록 구성 및 배열된다.
예를 들어, 하나 이상의 소자는 능동소자, 수동소자, 전자소자, 집적 회로(IC), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field-programmable gate array), 아날로그 소자, 디지털 소자, 표면 실장 장치(SMD), 스루홀 패키지, 칩 캐리어, 핀 그리드 어레이, 팻 패키지, 소형 아웃라인 패키지, 칩 스케일 패키지, 볼 그리드 어레이, 스몰-핀-카운트(small-pin-count) 패키지, 유연한 실리콘 장치, 박막 트랜지스터(TFT) 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 전기 구성 요소는 저항, 전하 저장, 유도, 감지, 자극, 증폭, 데이터 처리, 검출, 측정, 비교, 전환, 시간, 데이터 저장, 카운트, 진동, 논리 수행, 추가, 자극 펄스 생성 및 이들의 임의의 조합으로 구성 및 배열될 수 있다.
기판(1400)은 전술한 바와 같이 순응도를 갖도록 더 구성 및 배열될 수 있다. 그것들은 호일형(또는 필름형)일 수 있고, 유연하게 밑에 있는 해부학적 특징의 윤곽들을 매우 밀접하게 따른다. 매우 얇은 호일형 기판(1400)은 유연성이 증가한다는 추가적인 이점을 갖는다.
여기에 설명된 이식가능한 전기 장치(1100, 1101)는 이식가능한 의료장치(1110, 1111)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 이러한 의료장치(110, 1111)는 감지, 자극, 데이터 처리, 검출 또는 측정, 데이터 저장, 진동, 논리 성능, 자극 펄스 생성, 또는 이들의 임의의 조합 정도를 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다.
도 1 내지 도 4와 관련하여 전술한 실시예, 특히 이식가능한 자극기(101, 102, 103, 104, 105)내에 이식가능한 전기 장치(1100, 1101, 1102)를 포함할 수 있다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 개선된 이식가능한 의료장치(1110)는 도 11a에 도시된 이식가능한 장치(1100)를 수정함으로써 제공될 수 있다. 이 단면에서 다음을 제외하고는 도 11a에 도시된 이식가능한 전기장치(1100)와 동일하다.
- 기판(1400)은 3개의 보호된 표면을 포함하며, 각각의 표면은 추가의 접착층(1500) 및 추가의 캡슐화층(1300)에 의해 보호된다. 3개의 보호된 표면은 2개의 대향하는 보호된 표면 및 추가 인접 표면들을 포함한다;
- 추가 접착층(1500)의 범위는 2개의 대향하는 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 작다. 추가 접착층(1500)의 범위는 제3 인접 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 크다;
- 추가 캡슐화층(1300)의 범위는 2개의 대향하는 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 작다. 추가 캡슐화층(1300)의 범위는 제3 인접 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 크다; 그리고
- 추가 접착층(1500)의 범위는 각각의 보호된 표면에 대한 추가 캡슐화층(1300)의 범위보다 작다.
기능적으로, 추가 캡슐화층(1300)이 도 11b에 도시된 제1 캡슐화층(1310) 및 제2 캡슐화층(1320)을 포함하는 것으로 또한 고려될 수 있다.
기능적으로, 추가 접착층(1500)은 도 11b에 도시된 제1 접착층(1510) 및 제2 접착층(1520)을 포함하는 것으로 또한 고려될 수 있다.
그러나, 도 12a에 도시된 기판(1400)은 이러한 보호된 제1 또는 제2 표면에 인접한 추가 보호된 표면을 포함한다.
도 12a의 추가 캡슐화층(1300)은 도 11a 또는 도 11b에 도시된 제1 캡슐화층(1310)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나 실질적으로 상이할 수 있다. 도 12a의 추가 캡슐화층(1300)은 도 11b에 도시된 제2 캡슐화층(1320)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나 실질적으로 상이할 수 있다.
도 12a의 추가 접착층(1500)은 도 11a 또는 11b에 도시된 제1 접착층(1510)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나 실질적으로 상이할 수 있다. 도 12a의 추가 접착층(1500)은 도 11b에 도시된 제2 접착층(1520)과 실질적으로 동일하거나, 고도로 유사하거나 실질적으로 상이할 수 있다.
의료장치(1110)는 다음을 더 포함한다:
- 전기 에너지가 하나 이상의 전기 전도체(1210)에 적용될 때 인간 또는 동물 조직에 에너지를 전달하도록 구성 및 배열된 하나 이상의 자극 전극(1220). 예를 들어, 그것들은 유도 결합, 용량 결합 또는 직접 연결될 수 있다. 도시된 예에서, 하나 이상의 자극 전극(1220)은 하나 이상의 전기 전도체(1210)에 직접 연결된다. 많은 신경자극 애플리케이션에서, 복수의 전극(1220)이 필요할 수 있다. 이들은 도 1 내지 도 4와 관련하여 전술한 전극(200, 400)과 동일하거나 유사하거나 상이할 수 있다.
선택적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 센서(1230)가 유사하게 제공될 수 있다 - 이러한 센서(1230)는 하나 이상의 전기 전도체(1210)에 전기 신호 및/또는 데이터를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 이들은 유도 결합, 용량 결합 또는 직접 연결된다. 전기적 상호연결부를 가진 다층 기판이 제공되면 고도의 맞춤화가 가능하다. 예를 들어, 습도, 온도, 전기 저항 및 전기 활동과 같은 동작과 관련된 파라미터를 직접 측정할 수 있다.
일반적으로 신경 자극 전극으로, 하나 이상의 전극(1220)이 접지 또는 리턴 전극으로 작동하도록 구성 및 배열된다 - 이것은 도 1 내지 도 4와 관련하여 전술한 제1 전극(200a, 200b) 및 제2 전극(400a, 400b)에 대해 전술한 바와 같이 기존 전극들 중 하나 또는 하나 이상의 추가 전극일 수 있다.
당업자는 충분히 고도의 전기 연결 또는 이식 환경에 대한 노출이 그들의 기능을 위해 요구되기 때문에 이러한 자극 전극(1220) 및/또는 조직 센서가 바람직하게는 캡슐화층(1300) 및/또는 접착층(1500)에 의해 완전히 덮이지 않는 다는 것을 깨달을 것이다. 예를 들어, 자극 전극(1220) 및/또는 조직 센서의 적어도 일부는 조직을 향해 전도성 표면을 제공하기 위해 캡슐화 프로세스 동안 마스킹된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 장치의 일부는 캡슐화되지 않을 수 있다.
도 12a는 실질적으로 모든 자극 전극(1220)이 실질적으로 덮이지 않은 장치(1110)를 도시한다. 또한, 이 단면에서, 기판(1400)의 일부는 실질적으로 덮이지 않고, 실질적으로 캡슐화된 부분을 갖는 장치(1110) 및 하나 이상의 전극(1220)을 갖는 실질적으로 비캡슐화된 부분을 제공한다. 2개의 대향하는 표면에 대한 이 단면 내 추가 접착층(1500)의 범위는 이 표면들에 대한 추가 캡슐화층(1300)의 범위보다 작다 - 이는 추가 접착층(1500)의 가장자리가 적어도 부분적으로 캡슐화(1300)되기 때문에 유리할 수 있다.
도 1 및 도 4와 관련하여 전술한 이식가능한 자극기에 이러한 캡슐화를 적용하는 것은 일반적으로 실질적으로 캡슐화되지 않은 부분을 하나 이상의 전극(200, 400), 및 펄스 생성기(500)를 포함하는 실질적으로 캡슐화된 부분에 제공한다.
도 12
B는 의료장치(1111)의 추가 실시예를 도시한다. 보다 구체적으로, 그것은 하나 이상의 전극(1220)을 포함하는 기판(1400)의 일부를 통한 단면을 도시한다. 추가 의료장치(1111)는 일반적으로 이 단면에서 다음을 제외하면 도 12a에 도시된 장치(1110)와 동일하다:
- 기판(1400)은 4개의 보호된 표면을 포함하며, 각각의 표면은 추가 접착층(1500) 및 추가 캡슐화층(1300)에 의해 보호됨;
- 추가 접착층(1500)의 범위는 각각의 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 큼;
- 추가 캡슐화층(1300)의 범위는 각각의 보호된 표면에 대한 기판(1400)의 범위보다 큼; 및
- 추가 접착층(1500)의 범위는 각각의 보호된 표면에 대한 캡슐화층(1300)의 범위보다 작음.
이 단면에서, 하나 이상의 자극 전극(1220)의 "일부"는 이식 후 이식 환경에 대한 전기적 연결 또는 노출을 허용하도록 완전히 덮이지 않는다. 따라서, 자극 전극(1220)에 가까운 영역에서는 전술한 일반적인 설명이 모두 완전히 적용되지 않는다. 특히 이 단면에서:
- 추가 접착층(1500)은 자극 전극(1220)에 인접한 기판(1400)의 표면에 적용되고, 또한 전극(1220) 표면의 가장자리 부분에도 적용된다. 이는 전극(1220) 및 기판(1400) 사이의 임의의 인터페이스에서 침투에 대한 추가 보호를 제공할 수 있다; 그리고
- 추가 캡슐화층(1300)은 자극 전극(1220)에 인접한 기판(1400)의 표면에 적용되었다. 그러나, 전극(1220) 표면의 가장자리 부분에는 상당하게 적용되지 않았다.
다시 말해서, 전극(1220) 표면의 가장자리 부분에서의 이 단면에서, 추가 접착층(1500)의 범위는 추가 캡슐화층(1300)의 범위와 대략 동일하다.
이것은 전극(1220)의 표면과 직접 접촉하는 추가 캡슐화층(1300)의 표면적이 크게 감소되기 때문에 특정 구성에서 유리할 수 있다. 어떤 경우에는 이 표면적이 실질적으로 0일 수 있다.
도 1 및 도 4와 관련하여 전술한 이식가능한 자극기에 이러한 캡슐화를 적용하면, 일반적으로 하나 이상의 전극(200, 400)의 "일부"와 펄스 생성기(500)를 포함하는 실질적으로 캡슐화된 부분이 있는 실질적으로 캡슐화된 부분을 제공한다.
선택적으로, 하나 이상의 전극(1220)의 가장자리 부분에서 이 단면 내 추가 캡슐화층(1300)의 범위가 추가 접착층(1500)의 범위보다 크면 유리할 수 있다 - 일부 구성에서, 추가 접착층(1500)의 가장자리가 적어도 부분적으로 캡슐화(1300)되기 때문에 이것이 유리할 수 있다.
따라서, 하나 이상의 자극 전극(1220) 및/또는 센서는 바람직하게는 표면에 포함되고, 조직 인터페이스를 제공하도록 구성 및 배열된다.
위에서 설명된 바와 같이, "표면에 포함된"은 전극(1220)이 상대적으로 얇다는 것을 의미한다(예를 들어, 기판이 실질적으로 평면인 표면에 순응할 때, 기판의 세로축에 대략 수직이고, 20 내지 50 미크론 이하의 가로축을 따른 범위를 갖는다. 더 얇은 전극이 예를 들어 1 미크론 이하로 또한 순응도를 더 증가시키기 위해 사용될 수 있다), 표면에 부착(또는 적어도 부분적으로 내장)될 수 있다.
이것은 PCB/금속화 기술이 전극(1220) 및/또는 센서(1230)가 되도록 구성 및 배열될 수 있는 전도성 영역을 제공하는 데 사용될 수 있기 때문에 상당한 양의 하나 이상의 LCP를 포함하는 기판에서 특히 유리하다. 금, 백금, 백금 블랙, TiN, IrO2, 이리듐 및/또는 백금/이리듐 합금 및/또는 산화물과 같은 전도성 재료가 바람직하게 사용된다. Pedot와 같은 전도성 폴리머도 사용될 수 있다. 바람직하게는, 생체적합성 전도성 재료가 사용된다.
전술한 바와 같이, 전극(1220)에 대해 더 두꺼운 금속층은 일반적으로 금속을 용해할 수 있는 신체 물질에 노출될 수 있기 때문에 더 얇은 금속층보다 선호된다. 그러나, 더 두꺼운 금속층은 일반적으로 더 두꺼운 층에 근접하여 강성을 증가(순응성을 감소)시킨다.
제2 실험 세트에서, 2개의 다른 기판과 2개의 다른 PDMS 주조 프로세스를 사용하여 NuSil의 PDMS MED2-4213과 LCP 기판의 접착력을 조사했다.
접착력을 평가하기 위해 다양한 방법이 사용되었다: 60
에서 PBS 침지 후 건조 박리- 테스트 및 ASTM D1876에 기초한 박리-테스트에 의한 접착력 평가.
nusil.com/product/med2-4213_fast-cure-silicone-adhesive에서:
MED2-4213은 2-부분, 반투명, 요변성, 비교적 높은 압출률, 비교적 높은 인열 강도, 비교적 빠른 경화 실리콘 접착제이다. 그것은 또한 주석(Sn)이 실질적으로 없기 때문에 경화를 위한 대기 수분 요구 사항이 줄어든다. 그것은 또한 아세트산 또는 메틸 알코올과 같은 상당한 양의 경화 부산물을 포함하지 않는다.
MED2-4213은 실질적으로 생체적합한 것으로 간주된다 -제조업체는 29일 초과의 기간 동안 인체 이식에 사용할 수 있다고 제안한다. 일반적인 화학적 및 물리적 특성은 포함한다:
제1 캡슐화층(1310) 및/또는 제2(1320) 캡슐화층이 6 내지 8 MPa 범위의 인장 강도를 갖는 것이 유리할 수 있다.
NuSil은 많은 접합 애플리케이션(알루미늄, 유리, PMMA, 실리콘을 포함하는 기판의 경우)에서 적절한 접착력을 개선시키기 위해 실리콘 프라이머를 사용할 필요가 없다고 제안한다.
폴리에테르이미드, PEEK, 플라스틱, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄 및 스테인리스강으로 구성된 기판에 접착할 때 제조업자에 의해 프라이머 사용이 제안된다.
다른 처리 방법과 접착층을 사용하여 LCP상에 PDMS의 접착 특성을 연구하기 위해 두 가지 다른 테스트 기판이 사용되었다.
- TYPE 1: 한 면에 ALD 코팅된 LCP 3층 기판
- TYPE 2: 한 면에 ALD 코팅이 된 LCP 2층 적층된 기판.
일반적으로 이식가능한 전기 장치를 제조할 때 가능한 한 적은 수의 단계를 수행하는 것이 유리하다 - 이것은 오염 또는 운송 관련 문제가 발생할 위험을 줄일 수 있고, 하나 이상의 비용을 줄일 수 있다.
비교적 적은 단계의 프로세스는 기판(여기서는 LCP)에 직접 실장되는 오버몰딩 (overmoudling) 전자기기를 기반으로 할 수 있다. 하드웨어 구성에 따라 사용되는 PDMS는 다음과 같은 표면에 충분히 잘 부착되어야 한다:
- 와이어-접합의 경우 ASIC 패시베이션층
- ASIC 플립칩 또는 ACF 실장의 경우 Si-기판. Si-기판은 베어 다이 구성 요소를 사용할 때 관련 인터페이스 중 하나이다. 베어 다이(bare-die) 집적 회로는 종종 결정질 실리콘 반도체의 얇은 조각인 웨이퍼 또는 기판으로 만들어진다. 베어 다이 구성 요소를 만들기 위해, 이 재료는 집적 회로가 되기 위해 많은 미세 가공 프로세스를 거치지만, 한 면은 가장 자주 결정질 실리콘인 항상 사용되는 원료가 될 것이다. 관련 인터페이스는 다음을 포함한다:
- ASIC 상호연결부
- 와이어-본드 또는 스터드 범프로부터의 금
- 본드-패드에 베어-다이 구성 요소를 적용하기 위한 코팅된 금 입자가 있는 종종 에폭시 기반의 ACF(이방성 전도성 필름).
- 기판 - 이 경우, 상당한 양의 LCP를 포함하는 기판.
TYPE 1 LCP 기판은 다음 프로세스 단계 중 하나 이상을 사용하여 준비되었다.
a)
기판 제공: 이들 기판은 약 0.150 mm의 평균 두께를 갖는 실질적으로 평면인 LCP 시트였다. 기판은 3개의 층으로 구성된다; ULTRALAM® 3908의 0.050mm 층 2개, ULTRALAM 3850의 0.050mm 층 1개로 분리됨.
ULTRALAM® 3908 LCP는 Rogers Corporation(www.rogerscorp.com)에서 구할 수 있으며, 구리, 다른 LCP 재료 및/또는 유전체 재료 사이의 접합 매체(접착층)로 사용될 수 있다. 그것은 낮고 안정적인 유전 상수가 특징이다. 상대적으로 낮은 계수를 가지고 있어 굴곡 애플리케이션을 위해 상대적으로 쉽게 구부릴 수 있고 상대적으로 낮은 수분 흡수율을 제공한다. 실질적으로 접착제가 없는 전체 LCP 다층 기판을 생성하기 위해 ULTALAM® 3850 LCP의 하나 이상의 층이 사용될 수 있다.
ULTRALAM® 3908 LCP의 물리적 및 화학적 특성에 대한 일반적인 값은 다음과 같다.
ULTRALAM® 3850은 Rogers Corporation(www.rogerscorp.com)에서 구할 수 있으며, 비교적 고온에 강한 LCP이다. 그것은 적층 회로 재료로 사용하도록 이중 구리 클래드 적층으로 제공될 수 있다. 제조업체는 이러한 제품을 단층 또는 다층 기판으로 사용하도록 제안한다. ULTRALAM 3850 회로 재료는 상대적으로 낮고 안정적인 유전 상수와 유전 손실이 특징이다. 그것은 상대적으로 낮은 계수를 가지고 있어 플렉스(FLEX) 어플리케이션을 위해 상대적으로 쉽게 구부릴 수 있고 상대적으로 낮은 수분 흡수율을 제공한다.
그것은 ULTALAM®3908 LCP의 하나 이상의 층과 함께 질적으로 접착제가 거의 없는 전체 LCP 다층 기판을 생성하는데 사용될 수 있다.
ULTRALAM® 3850 LCP의 물리적 및 화학적 특성에 대한 일반적인 값은 포함한다:
TYPE 1 LCP 기판은 다음 프로세스 단계들 중 하나 이상을 사용하여 더 준비되었다:
b1) IPA를 사용하여 기판의 적어도 일부를 선택적으로 사전 세척한 후 건조. 다른 적합한 알코올도 사용될 수 있다.
b2) 접착 코팅 적용: ALD를 사용하여 코팅이 기판의 외부 표면에 적용된다 - 이 경우에 표면은 ULTRALAM® 3908 LCP을 포함한다. 약 5nm의 Al2O3와 약 5nm의 HfO2의 10개의 교대 층은 약 100nm의 다층을 생성하였다. ALD 코팅의 범위는 기판의 범위와 거의 같았다. ALD 코팅은 전술한 PICOSUN® R-200 Advanced ALD 리액터를 사용하여 적용되었다. 그것은 LCP의 용융 온도보다 상당히 낮은 온도에서 적용되었다. 이러한 TYPE 1 LCP 기판에 대해, 그것은 약 90분의 선택적 안정화 시간 후에 약 125
에서 적용되었다.
비교를 위해, 일부 샘플에서는 이 단계를 생략했다(즉, PDMS가 LCP에 직접 적용됨).
c) 접착 코팅의 적어도 일부를 세척: PDMS 코팅을 위한 준비로서, ALD 표면을 세척하기 위해 선택적 10분 오존(O3) 플라즈마 처리가 수행되었다. PDMS는 오존 세척 후 15분 이내에 적용되었다. 비교를 위해, PDMS 코팅을 적용하기 전에 일부 샘플을 세척하지 않았다.
UV O3(오존) 플라즈마 세척은 건식, 비파괴적인 원자 세척 및 유기 오염 물질 제거에 적합하다. 그것은 강렬한 185nm 및 254nm의 자외선을 사용한다. 산소가 있는 상태에서, 185 라인은 오존을 생성하는 반면, 254 라인은 표면의 유기 분자를 여기시킨다. 이 조합은 유기 오염 물질의 빠른 파괴 및 소멸을 주도한다.
d) 캡슐화 코팅 적용: 약 500 um 내지 1000 um의 MED2-4213의 PDMS 코팅이 ALD 코팅 위에 적용되었다. 주사기에 MED2-4213을 채우고 상대적으로 높은 속도(2500rpm)에서 3분 동안 혼합했다. 그것은 150℃에서 10분동안 경화되고, 80℃에서 24시간동안 후-경화된다. PDMS 코팅의 범위는 ALD 코팅의 범위보다 작고, ALD 코팅은 기판의 가장자리에 가깝게 노출(캡슐화재에 의해 덮이지 않음)된다. PDMS를 기판상에 적용한 후, 기판은 PTFE(polytetrafluorethylene)로 코팅된 예열한 플레이트 상에 놓이고, 힘(weight)이 그것의 상부를 가압한다.
따라서, 6개의 TYPE 1 LCP 샘플이 준비되었다.
합격/불합격 테스트가 TYPE 1 LCP 기판에 대해 수기로 정의된다:
- PDMS 경화 후, 건식 박리-테스트를 수행(침지하지 않음) 및 박리 정도가 기록된다.
- 건식 박리-테스트 후, 샘플을 60
에서 1일, 1주, 4주 동안 PBS 용액에 침지하고, 2차 박리 정도를 결정하기 위해 박리-테스트가 반복된다.
세 가지 박리 정도가 정의되었다.
- 박리: PDMS는 기판에서 비교적 쉽게 제거될 수 있음
- 부분 박리: PDMS는 일부 영역에서 비교적 쉽게 제거될 수 있지만 다른 영역에서는 비교적 잘 접착됨
- 접착: PDMS가 실질적으로 박리되지 않음
인산염 완충 식염수(약칭 PBS)는 생물학 연구에서 일반적으로 사용되는 완충 용액이다. 그것은 인산수소이나트륨, 염화나트륨, 일부 제제에서는 염화칼륨 및 인산이수소칼륨을 포함하는 수성 염 용액이다. 완충액은 일정한 pH를 유지하는 데 도움이 된다. 용액의 삼투압 농도 및 이온 농도는 인체의 농도와 일치하도록 선택된다(등장성).
샘플 1.1: 일반적으로 PDMS는 LCP에 대한 접착력이 낮다.
샘플 1.2: PDMS는 건조한 상태에서 표면으로부터 박리될 수 없다. 24시간 동안 침지 후, PDMS의 일부가 기판에서 박리될 수 있었지만 습기로 채워진 공극은 관찰되지 않았다. PDMS의 일부를 떼어낸 후 나머지는 기판에 너무 잘 달라붙어 1~2주 동안 더 침지해도 더 이상 떼어낼 수 없었다. 초기 박리는 PDMS 프로세스 또는 프로세스 문제 중 국부 오염으로 인한 것으로 의심된다.
샘플 1.3: 이 샘플은 우수한 접착을 보여주었다. 2주간의 테스트가 끝날 때까지 건조 및 습윤 상태에서 박리는 달성되지 않았다.
결론:
- 일반적으로 PDMS는 접착층이 없으면 LCP에 대해 낮은 접착력을 가진다(샘플 1.1).
- 샘플 1.2(ALD 코팅 및 그 후 O3 세척 없이 PDMS로 캡슐화)에서, PDMS는 건조 상태에서 표면으로부터 박리되지 않았다. 24시간 동안 침지 후, 습기로 채워진 공극은 관찰되지 않았지만, PDMS의 일부가 기판에서 벗겨질 수 있었다. PDMS의 일부를 떼어낸 후 나머지는 기판에 너무 잘 달라붙어 더 이상 떼어낼 수 없었다. 더 순응성의 ALD 다층을 가진 샘플은 2주간의 침지 후에도 우수한 접착력을 보여주었다.
- 샘플 1.3(ALD로 코팅되고 O3 세척 단계 후 PDMS로 캡슐화됨)이 가장 높은 접착력을 나타냈다. 건조 또는 습윤 상태에서 실질적인 박리가 이루어지지 않았다(2주 침지 후).
- 약 50nm 내지 200nm, 바람직하게는 약 100nm의 총 평균 두께를 갖는 Al2O3/HfO2 다층 ALD 층은 LCP와 PDMS 폴리머 사이에 유리한 중간 접착층을 제공할 수 있다.
TYPE 2 LCP 적층 기판은 다음 프로세스 단계들 중 하나 이상을 사용하여 준비되었다.
a) 기판을 제공: 이들 기판은 약 0.110mm의 평균 두께를 갖는 LCP의 적층 시트였다. 기판은 4개의 층을 포함하였으며; 구리 연결 패드의 외부층 1개, ULTALAM®3850의 0.050mm 층1개, 하나 이상의 구리 전도체의 내부층 1개, 및 ULTALAM 3908의 0.025mm층 1개:
a1) 제1 구리층으로 제1 표면에 피복된, 약 50um 두께의 LCP ULTRALAM® 3850 시트. 이 제1 구리층은 두께가 약 18um였다. 제1 구리층은 예를 들어 마스킹 및 에칭에 의해 적층 기판의 외부 표면에 포함되는 것으로 간주될 수 있는 구리 연결 패드를 형성하도록 구성 및 배열된다;
a2) ULTRALAM® 3850은 추가 구리층으로 더 피복되었다. 이 제2 층은 약 18um 두께였다. 선택적으로, 이는 예를 들어 마스킹 및 에칭에 의해 하나 이상의 전도체를 형성하도록 구성 및 배열될 수 있으며, 이는 적층 기판의 내부 표면에 포함되는 것으로 간주될 수 있다. 내부 전도체가 필요하지 않은 경우 추가 구리층이 생략되거나 완전히 제거될 수 있다;
a3) ULTRALAM® 3850 층의 내부 표면에 접합되고 하나 이상의 전도체에 더 접합된 약 25um 두께의 LCP ULTRALAM® 3908 시트.
선택적으로, 적층 시트는 실질적으로 평면일 수 있다.
a)
접착 코팅 적용:
b1) IPA를 사용하여 기판의 적어도 일부를 선택적으로 사전 세척한 후 건조하는 단계. 다른 적합한 알코올이 또한 사용될 수 있다.
b2) ALD를 사용하여, 코팅이 기판의 외부 표면에 적용되었다 - 이 경우, ULTALAM® 3908 LCP을 포함하는 표면. 그것은 하나 이상의 연결 패드를 포함하는 기판의 외부 표면이 아니다. 약 5nm의 Al2O3와 약 5nm의 HfO2의 10개의 교대 층은 약 100nm 다층을 생성하였다. ALD 코팅은 위에서 설명한 PICOSUN® R-200 Advanced ALD 리액터를 사용하여 적용되었다. LCP의 용융 온도보다 상당히 낮은 온도에서 적용되었다. 이러한 TYPE 1 LCP 기판의 경우, 약 90분의 선택적 안정화 시간 후에 약 125
에서 그것이 적용되었다. ALD 코팅의 범위는 기판의 범위와 거의 같았다.
b3) 접착력 개선제 적용: NuSil의 MED-166은 경질 플라스틱 및 다른 실리콘 재료를 포함하는 다양한 기판에 대한 PDMS 접착력을 개선시키기 위해 제조업체에서 제안한 특수 배합된 프라이머이다. 제조업체는 그것이 29일 초과의 기간 동안 인체 이식에 사용하기에 적합하다고 제안한다.
b)
캡슐화 전에 접착 코팅의 적어도 일부를 세척:
c1) 옵션 1: 에탄올을 사용하여 세척한 후 70℃에서 4시간 동안 건조. 다른 적절한 알코올이 또한 사용될 수 있다.
c2) 옵션 2: ALD 표면을 O2를 포함하는 플라즈마에 노출.
O2(산소) 플라즈마는 플라즈마 챔버에 산소 가스를 능동적으로 도입하면서 수행되는 임의의 플라즈마 처리를 의미한다. 산소 플라즈마는 플라즈마 시스템에서 산소 소스를 사용하여 생성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 오존(O3)이 사용될 수 있다.
c)
캡슐화 코팅 적용:
d1) 테스트를 단순화하기 위해 캡슐화 마스크를 적용: 캡톤 테이프(10mm 너비) 스트립이 박리-테스트 중에 당김-테스터가 클램핑될 작은 부분을 마스킹하기 위해 한 쪽 가장자리에 적용된다.
d2) 캡슐화 코팅 적용: 약 500 um 내지 1000 um의 MED2-4213의 PDMS 코팅이 ALD 코팅의 상부에 적용되었다. 예를 들어, 800 - 900 Pa(8 - 9 mbar)의 상대적으로 낮은 진공 하에 PTFE 코팅된 몰드와 함께 100℃에서 사용된 진공 원심 주조 - 진공 원심 주조가 PDMS에 공기가 포함될 위험을 줄이기 위해 사용되었다. 일반적으로, 진공을 적용하는 것은 상당한 기간 동안 55000 내지 100000 cP(mPas) 범위 내 평균 점도를 갖는 PDMS의 캡슐화의 접착 코팅에 대한 적용을 개선하는 데 유리할 수 있다.
PDMS 코팅의 범위는 ALD 코팅의 범위와 거의 동일했다. 캡톤 테이프를 제거한 후, 약 10mm 너비의 스트립이 PDMS가 ALD 코팅에 부착되지 않은 곳에 제공되었다.
e) 추가 프로세스를 수행: 약 100x75mm 면적의 코팅된 기판을 박리-테스트를 위해 약 100x10mm의 7개 조각으로 절단했다. 각 조각은 Kapton 테이프 제거로 인해 가장자리에 PDMS 코팅이 없는 약 10x10mm의 영역을 가졌다.
따라서, 유형 (2)의 15개의 샘플이 준비되었다.
ASTM D1876에 따른 박리-테스트가 TYPE 2 LCP 또는 적층 기판 테스트를 위해 채택되었다. 박리-테스터를 사용하여 적층력을 측정하였다.
4. 박리-테스트 결과
도 9는 PBS 내에 60℃에서 24시간 동안 침지 후의 평균 인장력과 건조(침지되지 않음)상태 하에서의 평균 인장력을 비교하는 그래프(1750)를 도시한다. LCP의 샘플들은 다른 프로세스들을 사용하여 PDMS로 코팅되었다.
평균 박리력은 0에서 18N까지 수직(Y) 축을 따라 표시되며 결과는 수평(X) 축을 따라 다양한 샘플에 대해 표시된다. 해석을 단순화하기 위해, 선택된 샘플의 순서는 숫자이다: 왼쪽에서 오른쪽으로 샘플 2.2, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5이다.
각 샘플에 대해, 각 막대의 수직 길이는 평균 박리력을 뉴턴(N)으로 나타낸다. 각 막대에 대해, "I" 형상의 선이 또한 평균을 결정하는 데 사용되는 인장력 값에서 측정된 변동을 나타내기 위해 도시된다. 각 샘플에 대해, 도시된 건조 상태에서 평균 인장력을 나타내는 채워지지 않은 막대가 왼쪽에 도시되고, 60℃에서 PBS에 24시간 동안 침지 후 평균 인장력을 나타내는 빗금친 막대가 오른쪽에 도시된다.
샘플 2.1에 대해, 채워지지 않은 막대(1761a)는 비교적 작은 정도의 변동을 가지고 약 4N으로 도시되어 있다. 침지 후의 값은 도시되지 않는다.
샘플 2.2에 대해, 채워지지 않은 막대(1762a)는 평균 정도의 변동을 가지고 약 13N으로 도시되어 있다. 빗금친 막대(1762b)는 비교적 높은 변동을 가지고 약 14N으로 도시되어 있다.
샘플 2.3에 대해, 채워지지 않은 막대(1763a)는 비교적 작은 정도의 변동을 가지고 약 5N으로 도시되어 있다. 빗금친 막대(1763b)는 평균 정도의 변동을 가지고 약 7N으로 도시되어 있다.
샘플 2.4에 대해, 채워지지 않은 막대(1764a)는, 비교적 작은 정도의 변동을 가지고 약 7N으로 도시되어 있다. 빗금친 바(1764b)는 평균 정도의 변동을 가지고 약 7.5N으로 도시되어 있다.
샘플 2.5에 대해, 채워지지 않은 막대(1765a)는 비교적 작은 정도의 변동을 가지고 약 8N으로 도시되어 있다. 빗금친 바(1765b)는 평균 정도의 변동을 가지고 약 8N으로 도시되어 있다.
측정된 평균 박리력은 다음과 같다.
안정적인 오버 몰딩 캡슐화 프로세스가 달성되어 PDMS 내에 기포가 거의 없거나 거의 없는 것으로 보인다. LCP/PDMS 인터페이스의 실질적인 박리는 오버 몰딩 직후 샘플 7개 중 3개에서 관찰되었다. 이러한 이유로, 접착 강도를 보다 정성적으로 측정하기 위해 박리-테스트가 적용되었다.
샘플 2.1: 추가 프라이밍(priming) 또는 세척 없이, PDMS는 LCP에 대해 매우 낮은 접착력을 가진다(약 4N - 1761a).
샘플 2.2: 프라이머가 있는 기판은 비교적 고도의 접착력을 보이는 것으로 나타났다(약 4N-1761a에 비해 약 13N-1762a). 테스트 중에, 일부 영역은 더 접착력이 높아, 샘플을 완전히 박리하기 전에 PDMS가 파열되었다. 침지 테스트 후 평균 인장력은 약 14N - 1762b로 나타났으나 비교적 높은 편차도 관찰되었다.
샘플 2.3: ALD 다층을 추가, 특히 HfO2로 끝나는 HfO2-Al2O3 다층을 추가하여 건조 접착 정도가 개선된 것으로 나타났다(약 4N-1761a에서 약 5N-1763a까지). 건조 상태(1763a)하에서 결과는 매우 낮은 편차를 갖는 것으로 보인다. 침지 테스트 후 평균 인장력은 약 7N - 1763b에서 더 높게 나타나는 것으로 보인다.
샘플 2.4: O2-플라즈마 활성화가 또한 접착력을 증가시키는 것으로 나타났다(약 4N-1761a에 비해 약 7N-1764a) 침지 테스트 후 평균 인장력은 약 7.5N-1764b에서 약간 더 높은 것으로 나타났다.
샘플 2.5: 플라즈마 활성화는 접착 정도를 더 개선하는 것으로 나타났다(약 4N-1761a에 비해 약 8N-1765a). 침지 테스트 후 평균 인장력은 8N - 1765b에서 거의 동일한 것으로 나타났다. 편차의 작은 증가 -1765b- 가 침지 후 관찰되었다.
결론:
- 프라이머를 사용하여 비교적 고도의 접착력이 관찰되었다. 예를 들어, NuSil의 MED-166이 사용될 수 있다. 그러나 그것은 일부 사용에서는 덜 선호될 수 있다. 특히, 이식가능한 장치에 대해, 상당히 생체적합성인 재료를 사용하는 것이 유리하고, 보다 바람직하게는 실질적으로 생체적합성인(고도의 생체적합성을 가짐) 재료를 사용하는 것이 유리하다. MED-166의 제조사에서는 29일을 초과하는 동안 이식에 적합하다고 제시하고 있지만, 프라이머는 종종 휘발성 용매를 사용하는 에폭시 접착제인 경우가 많다. 이는 불충분한 증발로 인한 오염의 위험을 증가시키거나 충분한 용매 제거를 보장하기 위해 추가 처리 단계가 필요할 수 있다.
또한, 이식가능한 장치에 대해, 고도의 품질 관리가 결함 위험을 제한하기 위해 종종 요구된다. 프라이머는 스프레이 코팅 처리를 사용하여 적용되어야 하는데, 일반적으로 고도의 신뢰성으로 수행하기 어려울 수 있다. 이러한 신뢰성 문제가 관찰된 부분 박리의 원인으로 여겨진다.
- 약 50nm 내지 200nm, 바람직하게 약 100nm의 총 평균 두께를 갖는 Al2O3/HfO2 다층 ALD 층은 LCP와 PDMS 폴리머 사이에 유리한 중간 접착층을 제공할 수 있다. 일반적으로, 세라믹층 두께가,
- 이식가능한 전기 장치에 사용하기에 적합한 재료를 사용하여 LCP에 대한 PDMS의 개선된 접착력이 사용된 ALD 코팅보다 더 작다.
- ALD 다층 스택은 표면 영역을 수분 침투로부터 보호하기 위해, 접착력을 개선시켰을 뿐만 아니라 장벽 특성을 개선시켰다. 프라이머가 일반적으로 수분 투과율이 높기 때문에 이는 프라이머보다 선호된다.
PDMS와 상당한 양의 Pt, SiO2 및 LCP를 포함하는 표면 사이의 개선된 접착력에 기초하여, 세라믹 재료를 포함하는 접착층은 광범위한 기판 재료에 유리하게 사용될 수 있다. 특히, PDMS의 접착은 제1 표면(1410) 및/또는 제2 표면(1420)이 액정 폴리머(LCP), 폴리이미드, 파릴렌-C, SU-8, 폴리우레탄, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 상당한 양의 물질을 포함하면 개선될 수 있다. 이들 물질은 유연한 기판에 포함될 수 있다.
적절한 경우, HfO2 ALD 층에 대한 접착력을 개선하기 위해 다른 재료를 포함하는 기판에 이러한 재료의 층이 제공될 수 있다.
당업자는 또한 예를 들어 ALD 프로세스를 사용하여 이러한 기판에 순응성 코팅을 선택적으로 또는 추가로 적용하고, SiO2(이산화규소)층을 적용함으로써 접착력이 개선될 수 있음을 인식할 것이다.
PDMS는 일반적으로 실록산을 기본 반복 단위로 하는 실리콘 고무이다. 메틸 그룹은 PDMS 유형에 따라 페닐, 비닐 또는 트리플루오로프로필 그룹과 같은 다양한 기타 그룹으로 치환되어 유기 그룹을 무기 백본에 연결할 수 있다.
HfO2및/또는 Al2O3를 포함하는 하나 이상의 접착층을 사용하는 PDMS에 대한 개선된 접착력에 기초하여, 적합한 세라믹 재료를 포함하는 접착층은 광범위한 기판 재료에 유리하게 사용될 수 있다.
적합한 세라믹 표면은 히드록실기가 비교적 풍부한다. 고도의 접착력은 적절한 PDMS 유형 내 산소로 인한 것으로 적합한 세라믹 표면의 하이드록실 그룹과 강한 접합을 형성할 수 있다고 믿어진다. 이것은 화학적 접합, 수소-다리 접합 또는 일부 조합일 수 있다.
적합한 세라믹에는 다음이 포함된다:
- 탄화규소(SiC)와 같은 탄화물;
- 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 산화물;
- 실리콘(SixNy 또는 SiNxOy), 특히 실리콘 질화물(Si3N4)과 같은 질화물; 및
초전도체 역할을 할 수 있는 혼합 산화물 세라믹을 비롯한 많은 다른 재료.
특히, PDMS의 접착력은 세라믹 재료가 HfO2, Al2O3, Ta2O3, TiO2, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 경우 개선될 수 있다.
또한 다이아몬드 같은 카본은 접착력 개선에 유리하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
접착력은 예를 들어 알코올, 특히 에탄올을 적용하는 단계; O3(오존) 및/또는 O2를 포함하는 플라즈마를 사용하는 단계; 실란으로 처리하는 단계; 또는 이들의 임의의 조합에 의해 세라믹 층의 표면을 활성화함으로써 더욱 개선될 수 있다.
접착층은 이중층 또는 다층일 수 있으며, 하나 이상의 층이 비교적 고도의 접착력을 위해 구성 및 배열될 수 있고, 하나 이상의 층이 비교적 고도의 내식성(불침투성)을 위해 구성 및 배열될 수 있다.
예를 들어, Al2O3를 포함하는 층이 비교적 고도의 접착력을 제공하는 것으로 믿어진다. 예를 들어, HfO2를 포함하는 층이 비교적 고도의 내식성을 제공하는 것으로 믿어진다.
도 5 및 도 6은 또한 예를 들어 두통, 만성 두통 또는 원발성 두통을 치료하기 위해 신경자극을 제공하도록 구성된 하나 이상의 적절하게 구성된 개선된 의료장치(1110, 1111)를 사용하여 자극될 수 있는 신경의 예를 도시한다. 특히, 기판이 실질적으로 유연(또는 순응성)한 경우, 그것은 머리 및/또는 두개골의 만곡된 표면에 더 잘 순응할 수 있다. 이는 순응성 개선을 위해 위에서 설명된 특징들 중 하나 이상을 적용함으로써 이식가능한 의료 기기(1110, 1111)의 사용자에 대한 편안함이 증가될 수 있음을 의미한다.
많은 경우에, 이들은 하나 이상의 이식가능한 의료장치(110, 111)에 대한 대략적인 위치(810, 820, 830, 840)가 될 것이다.
각 이식 위치에 대해, 별개의 자극 장치(110, 111)가 사용될 수 있다. 이식 위치(810, 820, 830a/b, 840a/b)가 서로 가깝거나, 단일 자극 장치(110, 111)와 겹치는 경우, 하나 이상의 이식 위치(810, 820, 830a/b, 840a/b)에서 자극하도록 구성될 수 있다.
복수의 이식가능한 의료 기기(110, 111)는 필요한 치료를 제공하기 위해 개별적으로, 동시에, 순차적으로 또는 이들의 임의의 조합으로 작동될 수 있다.
도 7은 다른 상태를 치료하기 위한 신경자극을 제공하기 위해 하나 이상의 적절하게 구성된 개선된 이식가능한 의료장치(110, 111)를 사용하여 자극될 수 있는 신경의 추가 예들을 도시한다.
상세한 설명은 여기에 설명된 방법 단계들을 수행하는 고정된 순서를 정의하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려 방법 단계들은 실행 가능한 임의의 순서로 수행될 수 있다. 유사하게, 알고리즘을 설명하는 데 사용된 예는 비제한적인 예로서 제시되며 이러한 알고리즘의 유일한 구현을 나타내기 위한 것이 아니다. 당업자는 여기에 설명된 실시예에 의해 제공되는 것과 동일한 기능을 달성하기 위해 많은 상이한 방식을 고안할 수 있을 것이다.
예를 들어, 순응을 개선시키는 하나 이상의 특징은 개선된 캡슐화를 위해 구성되고 배열되는 실시예에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 캡슐화를 개선하지만 적합성을 감소시키는 특징을 적용하는 것이 유리할 수 있다.
예를 들어, 캡슐화를 개선시키는 하나 이상의 특징은 개선된 순응을 위해 구성 및 배열된 실시예에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 순응을 개선시키지만 캡슐화를 감소시키는 특징을 적용하는 것이 유리할 수 있다.
자극 장치의 많은 유형의 이식가능한 원위 단부가 도시되어 있다. 그러나 이것은 장치의 나머지 부분이 이식되는 것을 배제하지 않는다. 이것은 적어도 원위 단부의 전극 부분이 바람직하게는 이식되도록 구성 및 배열된다는 의미로 해석되어야 한다.
본 발명이 특정 예시적인 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 개시된 실시예에 대해 첨부된 청구범위에 명시된 대로 당업자에게 자명한 다양한 변경, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
비제한적인 예에서,
- 제1 유형(200a, 200b, 1220)의 하나 이상의 전극이 제1 표면(310, 1410)에 포함되고, 제2 유형(400a, 400b, 1220)의 하나 이상의 전극이 제2 표면(320, 1420)에 포함됨; 또는
- 제1 유형(200a, 200b, 1220)의 하나 이상의 전극이 제1 표면(310, 1410)에 포함되고, 제2 유형(400a, 400b, 1220)의 하나 이상의 전극이 또한 제1 표면(310, 1410)에 포함됨; 또는
- 제1 유형(200a, 200b, 1220)의 하나 이상의 전극이 제2 표면(320, 1420)에 포함되고, 제2 유형(400a, 400b, 1220)의 하나 이상의 전극이 제1 표면(310, 1410)에 포함됨; 또는
- 제1 유형(200a, 200b, 1220)의 하나 이상의 전극이 제2 표면(320, 1420)에 포함되고, 제2 유형(400a, 400b, 1220)의 하나 이상의 전극도 제2 표면(320, 1420)에 포함됨; 또는
- 이들의 임의의 조합.
상대적으로 더 큰 상위 전극(200, 400, 1220) 표면을 제공함으로써, 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1100, 1101, 1102)는 더 낮은 에너지/더 낮은 전력에서 작동될 수 있다. 이것은 고주파 및/또는 버스트 자극이 사용되는 어플리케이션에서 유리할 수 있다.
고주파 동작은 펄스 생성기(500)에 의해 제공되기 위해 더 많은 에너지를 필요로 할 수 있다. 비제한적인 예에서, 펄스 생성기(500)용 전원에서 동작 수명 증가가 필요한 경우와 같이, 에너지/전력이 중요한 애플리케이션에서, 필요한 전력의 감소가 유리할 수 있다. 고주파 동작은 1000Hz 이상, 바람직하게는 1500Hz 이상, 보다 바람직하게는 2000Hz 이상, 더욱 더 바람직하게는 2500Hz 이상의 주파수를 갖는 전기 자극 펄스를 생성하는 것으로 간주될 수 있다.
일 실시예에서, Garcia-Ortega et al(Neuromodulation 2019; 22: 638-644, DOI: 10.1111/ner.12977)에 의한 만성 편두통 및 만성 군발 두통에 대한 버스트 후두 신경 자극과 같은 버스트 자극을 가진 실험들이 수행되었다. 버스트 동작을 위해, 펄스 생성기(500)는 자극 펄스의 그룹에서 전기 자극 펄스를 생성하도록 더 구성 및 배열된다.
비제한적인 예에서, 자극 펄스의 그룹(또는 버스트)은 2 내지 10개의 펄스, 보다 바람직하게는 2 내지 5개의 자극 펄스를 포함할 수 있다. 그룹 내 자극 펄스들은 500Hz 이상, 일반적으로 1000Hz 이상의 반복 주파수를 가질 수 있다. 그룹은 5Hz 이상, 일반적으로 40Hz 이상에서 반복될 수 있다.
고주파 동작에서와 같이, 버스트 동작은 펄스 생성기(500)에 의해 제공될 더 많은 에너지를 요구할 수 있고, 요구되는 전력의 감소가 유리할 수 있다.
추가적으로, 전하 균형 회복 속도는 또한 임피던스가 낮을수록 증가할 수 있다. 비교적 얇은 기판(300, 1400)을 이용하여, 일 표면(310, 1410, 320, 1420)에 포함된 제1 유형의 전극(200, 1220)과 다른 표면(310, 1410, 320, 1420)에 포함된 제2 유형(400, 1220)의 전극 사이의 자극은 조직의 전류 경로가 상대적으로 짧아서 임피던스가 감소한다.
유사하게, 기판(300, 1400) 및 일 표면(310, 1410, 320, 1420)에 포함된 제1 유형의 전극(200, 1220)과 동일한 표면(310, 1410, 320, 1420)에 포함된 제2 유형의 인접 전극(400, 1220) 사이의 자극을 사용하여, 조직을 통한 비교적 짧은 경로를 제공한다.
특정 예시적인 실시예가 설명되었지만, 많은 대안, 수정, 순열 및 변형이 후속하는 청구항에 제시된 것과 같이 본 명세서에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 전술한 설명에 비추어 당업자에게 명백해질 것임이 명백하다.
본 발명은 개시된 각 실시예의 다양한 특징들의 모든 가능한 조합을 포함한다. 다양한 실시예와 관련하여 본 명세서에 설명된 하나 이상의 요소는 명시적으로 설명된 것보다 더 분리되거나 통합된 방식으로 구현될 수 있으며, 특정 애플리케이션에 따라 유용한 특정 경우에 제거되거나 작동 불가능하게 될 수도 있다.
특히, 특징들의 유리한 조합은 다음과 같은 비제한적인 예를 포함한다:
(i). 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)로서:
- 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스를 생성하기 위한 펄스 생성기(500);
- 펄스 생성기(500)로부터 기판(300, 1400)의 원위 단부까지 연장되는 세로축(600)을 갖는 순응성 호일형 기판(300, 1400) - 상기 기판은 하나 이상의 인접한 폴리머 기판층을 포함하고, 상기 기판은 제1 평면 표면(310, 1410) 및 제2 평면 표면(320, 1420)을 가짐-; 및
- 제1 표면(310, 1410) 또는 제2 표면(320,1420) 내에 포함된 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및 제2 전극(400a, 400b, 1220)을 갖는 원위 단부에 근접한 전극 어레이(200, 400, 1220) - 작동 중인 각각의 전극(200, 400, 1220)은 사용중인 인간 또는 동물 조직으로 및/또는 조직으로부터 치료 에너지를 전달하기 위한 동작으로 구성 가능함 - ;를 포함하고,
이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는:
- 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및/또는 제2 전극(400a, 400b, 1220)에 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 전기 에너지를 전달하기 위해, 펄스 생성기(500)와 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및 제2 전극(400a, 400b, 1220) 사이의 하나 이상의 전기적 상호연결부(250, 1210)를 더 포함하고,
하나 이상의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 제1 표면(310, 1410)과 제2 표면(320, 1420) 사이에 포함(또는 위치)되고, 순응성 호일형 기판(30, 1400)은 0.5mm 이하의 최대 두께를 가지고, 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및 제2 전극(400a, 400b, 1220)에 근접하고, 두께가 제1 평면 표면(310, 1410)과 제2 평면 표면(320, 1420) 상의 대응 지점들 사이의 수직 거리에 의해 결정된다.
(ii). 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)로서:
- 상부 표면(310, 1410) 및 하부 표면(320, 1420)을 포함하는 기판(300, 1400);
- 기판(300)의 제1 부분(1400)을 따라 위치한 펄스 생성기(500) - 펄스 생성기(500)는 적어도 하나의 자극 펄스를 발생시키도록 구성됨 -;
- 기판(300, 1400)의 제2 순응성 부분을 따라 위치한 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)을 포함하는 전극 어레이(200, 400, 1220);
- 펄스 생성기(500)를 전극 어레이(200, 400, 1220)의 적어도 2개의 전극에 전기적으로 결합시키는 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210) - 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 기판(300, 1400)의 상부(310, 1410)와 하부(320, 1420) 사이에 위치됨 -; 및
- 기판(300, 1400)의 제1 부분의 적어도 일부를 덮는 캡슐화층을 포함하고, 제2 부분에서 기판(300, 1400)의 최대 두께는 0.5밀리미터 이하이다.
(iii). 이식가능한 전기 장치(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1100, 1101, 1102)로서:
- 제1 표면(310, 1410) 및 하나 이상의 전기 전도체(250, 1210)를 갖는 기판(300, 1400);
- 제1 생체적합성 캡슐화층(1300, 1310, 1320);
- 제1 표면(310, 1410)과 제1 캡슐화층(1300, 1310, 1320) 사이에 배치된 제1 접착층(1500, 1510, 1520)을 포함하고,
- 기판(300, 1400)은 실질적으로 유연하게 구성 및 배열되고;
- 제1 접착층(1500, 1510, 1520)은 제1 표면(310, 1410)에 순응하도록 구성 및 배열되고, 세라믹 재료를 포함하며;
- 제1 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 폴리디메틸실록산(PDMS) 고무를 포함하고,
- 제1 접착층(1500, 1510, 1520) 및 제1 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 인간 또는 동물의 신체로부터 제1 표면(300, 1410)의 적어도 일부로의 유체의 침투에 저항하도록 구성 및 배열된다.
(iv) 캡슐화층(1300, 1310, 1320)을 실질적으로 유연한 기판(300, 1400)의 표면(310, 1410, 320, 1420)에 적용하는 방법으로서:
- 제1 표면(310, 1410) 및 하나 이상의 전기 전도체(250, 1210)를 갖는 기판(300, 1400)을 제공하는 단계;
- 세라믹 재료를 포함하는 제1 순응성 접착층(1500, 1510, 1520)을 제1 표면(310, 1410)의 적어도 일부에 적용하는 단계;
- 폴리디메틸실록산(PDMS) 고무를 포함하는 제1 생체적합성 캡슐화층(1300, 1310, 1320)을 제1 접착층(1500, 1510, 1520)의 적어도 일부에 적용하는 단계를 포함하고,
제1 접착층(1500, 1510, 1520) 및 제1 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 인간 또는 동물의 신체로부터 제1 표면(310, 1410)의 적어도 일부로의 유체의 침투에 저항하도록 구성 및 배열된다.
(v). 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)로서:
제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)을 포함하는 기판(300, 1400) - 기판(300, 1400)의 두께는 제1 표면(310, 1410 및 제2 표면(320, 1420))에 의해 정의됨 -;
적어도 하나의 자극 펄스를 생성하도록 구성된 펄스 생성기(500);
기판(300, 1400)의 순응성 부분을 따라 위치한 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220);
펄스 생성기(500)를 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)에 전기적으로 결합시키는 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210);
기판(300, 1400)을 적어도 부분적으로 덮는 캡슐화층(1300, 1310, 1320); 및
적어도 하나의 위치에서 캡슐화층(1300, 1310, 1320)과 기판(300, 1400) 사이의 접착층(1500, 1510, 1520)을 포함하고,
순응성 부분을 따르는 기판(300, 1400)의 두께는 0.5밀리미터 이하이다.
(vi). 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)로서:
상부 표면(310, 1410) 및 하부 표면(320, 1420)을 포함하는 기판(300, 1400);
기판(300, 1400)의 제1 부분을 따라 위치하고 적어도 하나의 자극 펄스를 생성하도록 구성된 펄스 생성기(500);
기판(300, 1400)의 제2 순응성 부분을 따라 위치한 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220);
펄스 생성기를 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)에 전기적으로 결합시키는 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210) - 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 기판(300, 1400)의 상부(310, 1410)와 하부(320, 1420) 표면 사이에 위치 -;
기판(300, 1400)의 제1 부분의 적어도 일부를 덮는 캡슐화층(1300, 1310, 1320); 및
적어도 하나의 위치에서 캡슐화층(1300, 1310, 1320)과 기판(300, 1400) 사이의 접착층(1500, 1510, 1520)을 포함하고,
제2 부분에서 기판(300, 1400)의 최대 두께는 0.5밀리미터 이하이다.
(vii). 임의의 개시된 예에 따른 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)로서, 펄스 생성기(500)에 근접한 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 1105)의 최대 두께는, 5밀리미터 이하, 또는 4밀리미터 이하, 3밀리미터 이하이며, 두께는 외부 평면 상의 대응 지점들 사이의 수직 거리에 의해 결정된다.
(viii) 임의의 개시된 예에 따른 이식가능한 자극기로서:
- 펄스 생성기(500)는 기판(300, 1400)의 제1 부분을 따라 위치하고;
- 전극 어레이(200, 400, 1220)는 기판(300, 1400)의 제2 순응성 액정 폴리머(LCP) 부분을 따라 위치하고;
- 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 전기도금 및/또는 반도체 증착 기술을 사용하여 기판(300, 1400)의 제1 순응성 LCP층 상에 위치하고, 기판(300, 1400)의 적어도 하나의 제2 순응성 LCP 층은 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)을 덮도록 제1 층에 고정되고;
- 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 생체적합성이고, 기판(300, 1400)의 제1 부분 및 제2 부분의 적어도 일부를 덮고, 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하고 6 내지 8 MPa 범위의 인장 강도를 가지며;
- 하나 이상의 생체적합성 접착층(1500, 1510, 1520)은 기판(300, 1400)에 순응하고 캡슐화층(1300, 1310, 1320)과 기판(300, 1400) 사이에 위치하며, 하나 이상의 접착층(1500,1510,1520)은 원자층 증착(ALD)을 사용하여 적용되는 25nm 내지 200nm 범위의 평균 두께를 갖는 세라믹 부분을 포함하고, TiO2를 포함하는 적어도 하나의 제1 층 및 적어도 하나의 제1 층에 인접하고, Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하고;
- 기판의 제2 부분은 2500 내지 3600 MPa 범위의 영률을 가지고;
- 하나 이상의 접착층(1500, 1510, 1520) 및 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 기판(300, 1400) 상으로의 유체의 침투에 저항하도록 구성되고;
- 제2 부분을 따르는 기판(300, 1400)의 두께는 0.2밀리미터 이하이고;
- 제1 부분을 따르는 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)의 두께는 4밀리미터 이하이고; 및
- 펄스 생성기(500)는 에너지 송신기로부터 에너지를 무선으로 수신하도록 구성된 에너지 수신기를 포함한다.
100, 101, 102
이식가능한 자극기
103, 104, 105 이식가능한 자극기의 추가 실시예
200a, 200b 하나 이상의 자극 전극
250 하나 이상의 자극 전기 상호 연결층
300 순응성 호일형 기판
400a, 400b 하나 이상의 리턴 전극
500 펄스 생성기
600 종축
700 제1 횡축
750 제2 횡축
810 왼쪽 안와상 신경 또는 피질 자극을 위한 위치
820 오른쪽 상안와 자극을 위한 위치
830a/b 왼쪽 후두 신경 자극을 위한 위치
840a/b 오른쪽 후두신경 자극을 위한 위치
850 심뇌 자극을 위한 위치
860 미주신경, 경동맥, 경동맥동, 횡격신경 또는 설하 자극을
위한 위치
865 대뇌 척수 자극을 위한 위치
870 말초신경자극을 위한 위치
875 척수 자극을 위한 위치
880 위 자극을 위한 위치
885 천골 및 음부 신경 자극을 위한 위치
890 천골 신경 조절을 위한 위치
895 비골 신경 자극을 위한 위치
910 왼쪽 상안와신경
920 오른쪽 상안와신경
930 왼쪽 대후두 신경
940 오른쪽 대후두신경
1100, 1101, 1102 개선된 이식가능한 전기 또는 전자기기
1110, 1111 개선된 이식가능한 의료기기
1130 테스트 기판
1210 하나 이상의 전기 전도체
1220 하나 이상의 자극 전극
1230 하나 이상의 센서
1300 추가적인 생체적합성 캡슐화층
1310 제1 생체적합성 캡슐화층
1320 제2 생체적합성 캡슐화층
1330 제3 생체적합성 캡슐화층
1400 기판
1430 실리콘 기판
1435 SiO2(이산화규소) 층
1410 제1 표면
1420 제2 표면
1500 추가 접착층
1510 제1 접착층
1520 제2 접착층
1530 제3 접착층
1700 임피던스 크기로 표시되는 보드 플롯
1701 노출된 Pt 금속이 있는 베어 IDC의 임피던스 크기
1702 HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1703 ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1710 위상각으로 표시된 보드 플롯
1711 Pt 금속이 노출된 베어 IDC의 위상각
1712 HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 위상각
1713 ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 IDC의 위상각
1720 임피던스 크기로 표시되는 접착 월간 성능
1722a, 1722b HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1723a, 1723b ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1730 위상각으로 표시되는 접착 월간 성능
1732a, 1732b HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 위상각
1733a, 1733b 왼쪽 안와상 신경 또는 피질 자극을 위한 ALD-PDMS
이중층(810)으로 코팅된 IDC의 위상각 위치
1750 건조 조건 및 침지 후 평균 인장력을 비교한 그래프
1761 샘플 2.1에 대한 평균 박리력
1762 샘플 2.2에 대한 평균 박리력
1763 샘플 2.3에 대한 평균 박리력
1764 샘플 2.4에 대한 평균 박리력
1765 샘플 2.5에 대한 평균 박리력
103, 104, 105 이식가능한 자극기의 추가 실시예
200a, 200b 하나 이상의 자극 전극
250 하나 이상의 자극 전기 상호 연결층
300 순응성 호일형 기판
400a, 400b 하나 이상의 리턴 전극
500 펄스 생성기
600 종축
700 제1 횡축
750 제2 횡축
810 왼쪽 안와상 신경 또는 피질 자극을 위한 위치
820 오른쪽 상안와 자극을 위한 위치
830a/b 왼쪽 후두 신경 자극을 위한 위치
840a/b 오른쪽 후두신경 자극을 위한 위치
850 심뇌 자극을 위한 위치
860 미주신경, 경동맥, 경동맥동, 횡격신경 또는 설하 자극을
위한 위치
865 대뇌 척수 자극을 위한 위치
870 말초신경자극을 위한 위치
875 척수 자극을 위한 위치
880 위 자극을 위한 위치
885 천골 및 음부 신경 자극을 위한 위치
890 천골 신경 조절을 위한 위치
895 비골 신경 자극을 위한 위치
910 왼쪽 상안와신경
920 오른쪽 상안와신경
930 왼쪽 대후두 신경
940 오른쪽 대후두신경
1100, 1101, 1102 개선된 이식가능한 전기 또는 전자기기
1110, 1111 개선된 이식가능한 의료기기
1130 테스트 기판
1210 하나 이상의 전기 전도체
1220 하나 이상의 자극 전극
1230 하나 이상의 센서
1300 추가적인 생체적합성 캡슐화층
1310 제1 생체적합성 캡슐화층
1320 제2 생체적합성 캡슐화층
1330 제3 생체적합성 캡슐화층
1400 기판
1430 실리콘 기판
1435 SiO2(이산화규소) 층
1410 제1 표면
1420 제2 표면
1500 추가 접착층
1510 제1 접착층
1520 제2 접착층
1530 제3 접착층
1700 임피던스 크기로 표시되는 보드 플롯
1701 노출된 Pt 금속이 있는 베어 IDC의 임피던스 크기
1702 HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1703 ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1710 위상각으로 표시된 보드 플롯
1711 Pt 금속이 노출된 베어 IDC의 위상각
1712 HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 위상각
1713 ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 IDC의 위상각
1720 임피던스 크기로 표시되는 접착 월간 성능
1722a, 1722b HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1723a, 1723b ALD-PDMS 이중층으로 코팅된 IDC의 임피던스 크기
1730 위상각으로 표시되는 접착 월간 성능
1732a, 1732b HfO2 ALD로 코팅된 IDC의 위상각
1733a, 1733b 왼쪽 안와상 신경 또는 피질 자극을 위한 ALD-PDMS
이중층(810)으로 코팅된 IDC의 위상각 위치
1750 건조 조건 및 침지 후 평균 인장력을 비교한 그래프
1761 샘플 2.1에 대한 평균 박리력
1762 샘플 2.2에 대한 평균 박리력
1763 샘플 2.3에 대한 평균 박리력
1764 샘플 2.4에 대한 평균 박리력
1765 샘플 2.5에 대한 평균 박리력
Claims (67)
- 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)로서:
- 제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)을 포함하는 기판(300, 1400) - 상기 기판(300, 1400)의 두께는 상기 제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)에 의해 정의됨 -;
- 적어도 하나의 자극 펄스를 생성하도록 구성된 펄스 생성기(500); 및
- 상기 기판(300, 1420)의 순응성 부분을 따라 위치한 적어도 2개의 전극을 포함하는 전극 어레이(200, 400, 1220)를 포함하고,
상기 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는:
- 상기 펄스 생성기(500)를 상기 전극 어레이의 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)에 전기적으로 결합시키는 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)를 더 포함하고;
상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 상기 기판(300, 1400)의 제1 표면(310, 1410)과 제2 표면(320, 1420) 사이에 위치하며;
상기 순응성 부분을 따르는 상기 기판(300, 1400)의 두께는 0.5밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는, 이식가능한 자극기. - 제1항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)은 상기 펄스 생성기(500)가 위치하는 추가 부분을 포함하고, 상기 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는 상기 기판(300, 1400)의 상기 추가 부분을 적어도 부분적으로 덮는 캡슐화층(1300, 1310, 1320)을 더 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는 상기 기판(300, 1400)의 적어도 일부에 인접한 접착층(1500, 1510, 1520)을 더 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제3항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이식가능한 자극기.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)은 하나 이상의 인접한 기판층을 포함하고, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 기판층들 사이에 있는, 이식가능한 자극기.
- 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는 하나 이상의 추가 접착층(1500, 1510, 1520)을 더 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 접착층(1500, 1510, 1520)은 기판층들 사이에 있는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 순응성 부분을 따르는 상기 기판(300, 1400)의 두께는 0.3밀리미터 이하, 또는 0.2밀리미터 이하, 또는 0.1밀리미터 이하인, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 부분을 따르는 상기 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)의 두께는 5밀리미터 이하, 또는 4밀리미터 이하, 또는 3밀리미터 이하인, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판(300, 1400)은 상기 세로축(600)에 실질적으로 수직인 가로 범위를 갖는 평면에 포함된 표면을 가지고;
상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분은 최대 평면폭을 가지며, 상기 폭은 상기 가로 범위를 따라 상기 기판(300, 1400)의 외부 표면 가장자리 상의 대응 지점들 사이의 수직 거리에 의해 결정되고; 및
상기 적어도 2개의 전극(200, 400)에 근접한 최대 평면 폭과 최대 두께의 비는 7:1 이상, 또는 10:1 이상, 또는 15:1 이상, 또는 30:1 이상, 또는 50:1 이상인, 이식가능한 자극기. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)은 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및 제2 전극(400a, 400b, 1220)을 포함하고;
상기 펄스 생성기(500)는:
제1 전극 모드 - 전기 자극 에너지가 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 상기 제1 전극(200a, 200b, 1220)에 제공되고, 상기 제2 전극(400a, 400b, 1220)은 사용중인 상기 제1 전극(200a, 200b, 1220)을 위해 대응하는 전기적 리턴을 제공하도록 구성됨 -; 또는
제2 전극 모드 - 전기 자극 에너지가 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 상기 제2 전극(400a, 400b, 1220)에 제공되고, 상기 제1 전극(200a, 200b, 1220)은 작동시 사용중인 상기 제2 전극(400a, 400b, 1220)을 위해 대응하는 전기적 리턴을 제공하도록 구성됨 - 에서 동작하도록 더 구성되며;
상기 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는 상기 제1 및 상기 제2 전극 모드 사이의 미리 결정된 및/또는 제어된 상태 하에서 상기 펄스 생성기(500)를 스위칭하도록 더 구성 및 배열된, 이식가능한 자극기. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)은 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및 제2 전극(400a, 400b, 1220)을 포함하는 것;
- 상기 제1 전극(200a, 200b, 1220)은 상기 제1 표면(310, 1410)에 포함되고 상기 제2 전극(400a, 400b, 1220)은 상기 제2 표면(320, 1420)에 포함되는 것; 및/또는
- 상기 제1 전극(200a, 200b, 1220)은 상기 제1 표면(310, 1410)에 포함되고, 상기 제2 전극(400a, 400b, 1220)은 상기 제1 표면(310, 1410)에 포함되는 것; 및/또는
- 상기 제1 전극(200a, 200b, 1220)은 상기 제2 표면(320, 1420)에 포함되고, 상기 제2 전극(400a, 400b, 1220)은 상기 제1 표면(310, 1410)에 포함되는 것; 및/또는
- 상기 제1 전극(200a, 200b, 1220)은 상기 제2 표면(320, 1420)에 포함되고, 상기 제2 전극(400a, 400b, 1220)은 상기 제2 표면(320, 1420)에 포함되는 것; 및/또는
- 이들의 임의의 조합을 특징으로 하는, 이식가능한 자극기. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)은 자극 전극(200, 1220) 또는 리턴 전극(400, 1220)으로서 상기 펄스 생성기(500)의 하나 이상의 파라미터를 사용하여 구성 가능한, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는:
- 연관된 에너지 송신기가 근접할 때, 상기 연관된 에너지 송신기로부터 에너지를 무선으로 수신하도록 구성 및 배열된 에너지 수신기를 더 포함하고,
상기 펄스 생성기(500)는 동작을 위해 상기 에너지 수신기로부터 전기 에너지를 수신하도록 더 구성 및 배열된, 이식가능한 자극기. - 제14항에 있어서, 상기 펄스 생성기(500)는 상기 에너지 수신기를 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분은 폴리머 및/또는 액정 폴리머(LCP)를 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제16항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분은 액정 폴리머(LCP)의 하나 이상의 층을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 생성기(500)는 제1 평면 표면(310, 1410) 및 제2 평면 표면(320, 1420)사이에 위치한, 이식가능한 자극기.
- 제2항에 있어서,
- 상기 기판(300, 1400)의 상기 추가 부분 및 펄스 생성기(500)는 하나 이상의 유연한 생체적합성 캡슐화층(1300, 1310, 1320)에 적어도 부분적으로 내장된, 이식가능한 자극기. - 제2항에 있어서, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 폴리머, PDMS(Polydimethylsiloxane), 실리콘 폴리우레탄, 폴리이미드, 파릴렌, 생체적합성 폴리머, 생체적합성 엘라스토머, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 생성기(500)는 1000Hz 이상, 바람직하게는 1500Hz 이상, 더욱 바람직하게는 2000Hz 이상, 더욱 더 바람직하게는 2500Hz 이상의 주파수를 갖는 전기 자극 펄스를 생성하도록 더 구성 및 배열된, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 생성기(500)는 자극 펄스들의 그룹에서 전기 자극 펄스를 생성하도록 더 구성 및 배열된, 이식가능한 자극기.
- 제22항에 있어서, 상기 자극 펄스들의 그룹은 2 내지 10개의 펄스, 보다 바람직하게는 2 내지 5개의 자극 펄스를 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 금속화를 사용하여 상기 기판(300, 1400)의 상기 제1 표면(310, 1410)과 상기 제2 표면(320, 1420) 사이에 위치하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 하나 이상의 전도성 상호연결층(250, 1210)에 포함되고, 상기 하나 이상의 전도성 상호연결층은 2개의 인접한 폴리머 기판층들 사이에 포함된, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)은 제1 순응성 층 및 적어도 하나의 제2 순응성 층을 포함하고, 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 증착 기술을 사용하여 상기 제1 층을 따라 위치하고, 상기 적어도 하나의 제2 층은 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)를 덮도록 상기 제1 층에 고정되는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 상기 기판(300, 1400)상에 전기도금되고 및/또는 증착에 의해 상기 기판(300, 1400) 내에 제공되는, 이식가능한 자극기.
- 제2항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 추가 부분은 또한 순응성이 있는, 이식가능한 자극기.
- 제28항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 추가 부분은 LCP를 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)은 상기 펄스 생성기(500)로부터 상기 기판(300, 1400)의 원위 단부까지 연장하는 세로축(600)을 가지고, 상기 기판(300, 1400)은 하나 이상의 인접한 폴리머 기판층들을 포함하고, 상기 전극 어레이(200, 400, 1220)는 상기 기판(300, 1400)의 상기 원위 단부에 근접하게 위치하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)은 실질적으로 평면인, 이식가능한 자극기.
- 제31항에 있어서, 상기 기판의 두께는 제1 외부 평면 표면(310, 1410) 및 제2 외부 평면 표면(320, 1420) 상의 대응 지점들 사이의 수직 거리에 의해 결정되는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)은 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및 제2 전극(400a, 400b, 1220)을 포함하고;
- 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및 제2 전극(400a, 400b, 1220)은 제1 표면(310, 1410) 또는 제2 표면(320, 1420)에 포함되며, 각 전극(200, 400, 1220)은 작동시 사용중인 치료 에너지를 인간 또는 동물 조직으로 및/또는 인간 또는 동물 조직으로부터 전달하도록 구성가능한, 이식가능한 자극기. - 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 하나 이상의 전기 치료 자극 펄스로서 전기 에너지를 전극 어레이(200, 400, 1220)에 포함된 제1 전극(200a, 200b, 1220) 및/또는 제2 전극(400a, 400b, 1220)에 전달하도록 구성된, 이식가능한 자극기. - 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분은 상기 전극 어레이(200, 400, 1220)에 근접하여 0.5밀리미터 이하의 최대 두께를 갖는 호일형인, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 펄스 생성기(500)는 상기 기판(300, 1400)의 제1 부분을 따라 위치하고;
- 상기 전극 어레이(200, 400, 1220)는 상기 기판(300, 1400)의 제2 순응성 액정 폴리머(LCP) 부분을 따라 위치하고;
상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 전기도금 및/또는 반도체 증착 기술을 사용하여 상기 기판(300, 1400)의 제1 순응성 LCP층 상에 위치하고, 상기 기판(300, 1400)의 적어도 하나의 제2 순응성 LCP층은 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)를 덮도록 상기 제1 층에 고정되며;
상기 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는:
- 상기 기판(300, 1400)에 인접한 하나 이상의 접착층(1500, 1510, 1520); 및
- 상기 기판(300, 1400)의 상기 제1 부분을 덮는 캡슐화층(1300, 1310, 1320) - 상기 캡슐화층은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함함 - 을 더 포함하고,
상기 제2 부분을 따르는 상기 기판(300, 1400)의 두께는 0.2밀리미터 이하이고;
상기 제1 부분을 따르는 상기 자극기의 두께는 3밀리미터 이하이며;
상기 펄스 생성기(500)는 에너지 송신기로부터 에너지를 무선으로 수신하도록 구성된 에너지 수신기를 포함하는, 이식가능한 자극기. - 제36항에 있어서, 상기 자극기는 만성 두통을 치료하도록 구성된, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)는:
- 상기 기판(300, 1400)을 적어도 부분적으로 덮는 캡슐화층(1300, 1310, 1320); 및
- 적어도 하나의 위치에서 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320) 및 상기 기판(300, 1400) 사이의 접착층(1500, 1510, 1520)을 더 포함하는, 이식가능한 자극기. - 제38항에 있어서,
상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분의 적어도 일부를 덮고, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)과 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분의 상기 적어도 일부 사이에 있는, 이식가능한 자극기. - 제39항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분은 액정 폴리머(LCP)를 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)은 상기 펄스 생성기(500)가 위치한 추가 부분을 포함하고, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 상기 기판(300, 1400)의 상기 추가 부분을 적어도 부분적으로 덮는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 세라믹 재료를 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제42항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 HfO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, Si3N4, TiO2, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 이식가능한 자극기.
- 제43항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 HfO2를 포함하는 적어도 하나의 제1 층, 및 상기 적어도 하나의 제1 층에 인접하고 Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제43항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 Ta2O3를 포함하는 적어도 하나의 제1 층, 및 상기 적어도 하나의 제1 층에 인접하고 Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제43항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 TiO2를 포함하는 적어도 하나의 제1 층, 및 상기 적어도 하나의 제1 층에 인접하고 Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분은 2500 내지 3600 MPa 범위의 영률을 갖는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 6 내지 8 MPa 범위의 인장 강도를 갖는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 다른 접착층(1500, 1510, 1520)을 더 포함하고, 상기 기판(300, 1400)은 하나 이상의 기판층을 포함하고, 상기 다른 접착층(1500, 1510, 1520)은 기판층들 사이에 있는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 상기 기판(300, 1400)의 상기 제2 표면이 아닌 상기 제1 표면을 덮고,
상기 이식가능한 자극기는 상기 기판(300, 400)의 상기 제2 표면을 덮는 제2 캡슐화층(1300, 1310, 1320)을 더 포함하는, 이식가능한 자극기. - 제38항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 생체적합성인, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 생체적합성인, 이식가능한 자극기(1300, 1310, 1320).
- 제38항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 상기 기판(300, 1400)의 상기 제1 표면 및/또는 상기 제2 표면에 순응하는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520) 및 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 상기 기판(300, 1400)으로의 유체의 침투에 저항하도록 구성된, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)의 세라믹 부분은 25nm 내지 200nm 범위의 평균 두께를 갖는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 원자층 증착(ALD)을 사용하여 적용된 세라믹 부분을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(300, 1400)의 상기 순응성 부분은 액정 폴리머(LCP), 폴리이미드, 파릴렌-C, SU-8, 폴리우레탄 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 물질을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 폴리머 및/또는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하는, 이식가능한 자극기.
- 제38항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 펄스 생성기(500)는 상기 기판(300, 1400)의 제1 부분을 따라 위치하고;
- 상기 전극 어레이(200, 400, 1220)는 상기 기판(300, 1400)의 제2 순응성 액정 폴리머(LCP) 부분을 따라 위치하고;
- 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)는 전기도금 및/또는 반도체 증착 기술을 사용하여 상기 기판(300, 1400)의 제1 순응성 LCP층 상에 위치하고, 상기 기판(300, 1400)의 적어도 하나의 제2 순응성 LCP 층은 상기 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)를 덮도록 상기 제1 층에 고정되고;
- 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 생체적합성이며, 상기 기판(300, 1400)의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 적어도 일부를 덮고, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하고 6 내지 8 MPa 범위의 인장 강도를 가지며;
- 하나 이상의 생체적합성 접착층(1500, 1510, 1520)은 상기 기판(300, 1400)에 순응하고, 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)과 상기 기판(300, 1400) 사이에 위치하며, 상기 하나 이상의 접착층(1500, 1510, 1520)은 원자층 증착(ALD)을 사용하여 적용된 25nm 내지 200nm 범위의 평균 두께를 갖는 세라믹 부분을 포함하고, TiO2를 포함하는 적어도 하나의 제1 층 및 상기 적어도 하나의 제1 층에 인접하고 Al2O3를 포함하는 적어도 하나의 제2 층을 포함하고;
- 상기 기판의 상기 제2 부분은 2500 내지 3600 MPa 범위의 영률을 가지고;
- 상기 하나 이상의 접착층(1500, 1510, 1520) 및 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 상기 기판(300, 1400) 상으로의 유체의 침투에 저항하도록 구성되고;
- 상기 제2 부분을 따르는 상기 기판(300, 1400)의 두께는 0.2밀리미터 이하이고;
- 상기 제1 부분을 따르는 상기 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)의 두께는 4밀리미터 이하이고;
- 상기 펄스 생성기(500)는 에너지 송신기로부터 에너지를 무선으로 수신하도록 구성된 에너지 수신기를 포함하는, 이식가능한 자극기. - 제59항에 있어서, 상기 자극기는 만성 두통을 치료하도록 구성된, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 작동시 하나 이상의 신경, 하나 이상의 근육, 하나 이상의 기관, 척수 조직, 뇌 조직, 하나 이상의 피질 표면 영역, 하나 이상의 구(sulci) 및 이들의 임의의 조합을 자극하는, 이식가능한 자극기.
- 제1항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 두통, 만성 두통, 원발성 두통, 요실금, 후두 신경통, 수면 무호흡증, 고혈압, 위식도 역류질환, 염증성 질환, 사지 통증, 다리 통증, 요통, 하부 요통, 환상 통증, 만성 통증, 간질, 과민성 방광, 뇌졸중 후 통증, 비만, 자가면역 장애, 류마티스 관절염, 염증성 장 질환, 크론병, 및 이들의 임의의 조합을 치료하도록 작동하는, 이식가능한 자극기.
- 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)를 제조하는 방법으로서,
- 제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)을 포함하는 기판(300, 1400)을 제공하는 단계 - 기판(300, 1400)의 두께는 제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)에 의해 정의됨 -;
- 펄스 생성기(500)를 제공하는 단계 - 상기 펄스 생성기(500)는 적어도 하나의 자극 펄스를 생성시키도록 구성됨 -;
- 상기 기판(300, 1400)의 순응성 부분을 따라 적어도 2개의 전극을 포함하는 전극 어레이(200, 400, 1220)를 위치시키는 단계; 및
- 상기 기판(300, 1400) 상에 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)를 증착 또는 전기도금하는 단계; 및
- 상기 펄스 생성기(500)를 상기 전극 어레이(200, 400, 1220)의 적어도 2개의 전극에 전기적으로 결합시키는 단계를 포함하고,
상기 순응성 부분을 따르는 상기 기판(300, 1400)의 두께는 0.5밀리미터 이하인, 이식가능한 자극기를 제조하는 방법. - 제63항에 있어서, 상기 펄스 생성기(500)는 상기 기판(300, 1400)의 추가 부분을 따라 제공되고, 상기 방법은 상기 기판(300, 1400)의 상기 추가 부분을 캡슐화층(1300, 1310, 1320)으로 적어도 부분적으로 덮는 단계를 더 포함하는, 이식가능한 자극기를 제조하는 방법.
- 이식가능한 자극기(100, 101, 102, 103, 104, 105, 1110, 1111)를 제조하는 방법으로서,
- 제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)을 포함하는 기판(300, 1400)을 제공하는 단계 - 상기 기판(300, 1400)의 두께는 제1 표면(310, 1410) 및 제2 표면(320, 1420)에 의해 정의됨 -;
- 펄스 생성기(500)를 제공하는 단계 - 상기 펄스 생성기(500)는 적어도 하나의 자극 펄스를 생성시키도록 구성됨 -;
- 상기 기판(300, 1400)의 순응성 부분을 따라 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)을 위치시키는 단계;
- 상기 펄스 생성기(500)를 상기 적어도 2개의 전극(200, 400, 1220)에 전기적으로 결합시키는 복수의 전기적 상호연결부(250, 1210)를 상기 기판(300, 1400)에 증착 또는 전기도금하는 단계;
- 상기 기판(300, 1400)을 적어도 부분적으로 덮는 접착층(1500, 1510, 1520)을 적용하는 단계; 및
- 상기 접착층(1500, 1510, 1520) 위에 캡슐화층(1300, 1310, 1320)을 적용하는 단계를 포함하고,
상기 순응성 부분을 따르는 상기 기판(300, 1400)의 두께는 0.5밀리미터 이하인, 이식가능한 자극기를 제조하는 방법. - 제65항에 있어서, 상기 접착층(1500, 1510, 1520)은 원자층 증착(ALD)을 사용하여 적용되는, 이식가능한 자극기를 제조하는 방법.
- 제65항 또는 제66항에 있어서, 상기 펄스 생성기(500)는 상기 기판(300, 1400)의 추가 부분을 따라 제공되고, 상기 접착층(1500, 1510, 1520) 및 상기 캡슐화층(1300, 1310, 1320)은 상기 기판(300, 1400)의 상기 추가 부분을 적어도 부분적으로 덮도록 적용되는, 이식가능한 자극기를 제조하는 방법.
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