Brevet FR2915078A1 — publié le 20081024

B8243 1 ELECTRODE CUTANÉE Domaine de l'invention La présente invention concerne une électrode cutanée, c'est-à-dire une électrode destinée à mesurer un signal électrique apparaissant à la surface de la peau d'un être vivant, humain ou animal. Exposé de l'art antérieur De façon classique, de telles électrodes doivent, pour recueillir des signaux suffisants être constituées d'une plaque métallique d'un relativement grand diamètre (1 à 2 cm). Ces électrodes sont relativement épaisses et doivent être collées sur la surface de la peau en assurant une bonne adhérence, c'est-à-dire que le collage doit être relativement fort ce qui est mal adapté à des zones fragiles de la peau, ou à des peaux fragiles comme celles de prématurés. D'autre part, ces électrodes doivent être généralement associés à un gel d'amélioration du contact entre la peau et la surface métallique. Ce gel à tendance à sécher au cours du temps, ce qui est mal adapté à des surveillances à long terme (24 à 72 heures). De plus, en raison de leurs grandes dimen- sions, ces électrodes sont mal adaptées à être utilisées dans des zones velues du corps (le corps d'un animal ou le crâne d'un être humain). On a donc besoin d'une électrode qui, tout en B8243 2 étant de petite dimension, assure un bon contact et un bon prélèvement de signaux électriques à la surface de la peau. Résumé de l'invention Selon un aspect de la présente invention, il est donc prévu une électrode cutanée comprenant, sur un support souple d'une épaisseur inférieure à 10 }gym, un plot d'une épaisseur inférieure à 30 }gym muni de stries d'une profondeur supérieure à 10 }gym, les surfaces au moins de ce plot étant conductrices et étant connectées à une zone de prise de connexion. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode cutanée comprend une première couche isolante support d'une épaisseur inférieure à 10 }gym ; une couche métallique d'une épaisseur inférieure à 20 }gym munie de stries d'une profondeur supérieure à 10 }gym au niveau d'une zone de contact ; et une deu- xième couche isolante d'une épaisseur inférieure à 10 }gym revêtant la structure en dehors des zones de contact et d'une zone de prise de connexion. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les première et deuxième couches isolantes sont des couches de 20 polyimide d'une épaisseur de l'ordre de 2 à 3 }gym. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche métallique comprend une première couche métallique d'une épaisseur inférieure à 5 }gym ; et une deuxième couche métallique formée sur la première couche métallique à l'empla- 25 cement de la zone de contact cutané, d'une épaisseur supérieure à 5 }gym et nervurée sur toute son épaisseur, les nervures étant ménagées à un pas de l'ordre de 0,5 à 3 }gym. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode cutanée comprend, sur la première couche isolante, 30 une extension de la couche métallique jusqu'à une zone de connexion. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode cutanée a une surface de l'ordre de 0,1 cm2. La présente invention prévoit également un procédé de 35 fabrication d'une telle électrode cutanée. B8243 3 Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce procédé de fabrication d'une électrode cutanée comprend les étapes consistant à former sur un support une couche sélectivement gravable ; former une première couche de matière plas- tique ; former une première couche métallique ; former une deuxième couche de matière plastique ; ouvrir dans la deuxième couche en matière plastique au-dessus de la première couche métallique des ouvertures et dans des régions respectives de contact et de connexion ; former sur la première couche métallique, dans la région de contact, des surépaisseurs métalliques nervurées d'une hauteur de 5 à 20 }gym, à un pas de l'ordre de 1 à 5 }gym ; et séparer du substrat l'ensemble de la première couche isolante et des éléments qu'elle supporte, par élimination de la couche sélectivement gravable. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le support est une plaquette de silicium et la couche sélectivement gravable est une couche d'oxyde de silicium. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les couches de matière plastique sont des couches de polyimide d'une épaisseur de 2 à 10 }gym, de préférence de 3 à 5 }gym. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première couche métallique est une couche d'or d'une épaisseur d'environ 1 }gym. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1A et 1B représentent une vue de côté en coupe et une vue de dessus schématique d'une électrode cutanée selon un exemple de réalisation de la présente invention ; les figures 2A à 2E sont des vues en coupe illustrant des étapes successives d'un exemple de procédé de fabrication d'une électrode cutanée selon un mode de réalisation de la pré- sente invention. B8243 4 Comme cela est habituel dans le domaine de la représentation des microdispositifs, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée Les figures 1A et 1B représentent de façon schématique une vue de côté en coupe et une vue de dessus d'une électrode cutanée. Cette électrode comprend un support 1 en une matière plastique très mince, par exemple de 2 à 10 }gym, de préférence de 3 à 5 }gym. Du côté gauche des figures 1A et 1B est formée l'élec- trode cutanée proprement dite 2 destinée à entrer en contact avec la peau là ou l'on veut effectuer une prise de signal. Du côté droit des figures une région de connexion 3 est destinée à établir une connexion avec un conducteur dont l'autre extrémité sera connectée à un appareil de mesure, d'alarme, ou autre. Comme le montre la vue en coupe de la figure 1A, la plus grande partie du support 1 est revêtue d'une couche conductrice mince 5, d'une épaisseur de l'ordre du }gym, par exemple de 0,5 à 3 }gym, de préférence de 0,5 à 1,5 }gym. La couche conductrice 5, par exemple une couche d'or, est revêtue, sauf à l'emplace- ment de la région de contact cutanée 2 et de la région de connexion 3 d'une couche d'une matière plastique 7 destinée notamment à protéger le conducteur 5 et à délimiter les régions de contact cutanée 2 et de connexion 3. Au niveau de la région de contact cutané, la couche métallique mince 5 est revêtue d'une couche métallique plus épaisse 9 qui est striée. Les nervures ont par exemple une largeur de 1 }gym et sont disposés à un pas de 1 }gym. Toutefois, des valeurs comprises entre 0,1 et 5 }gym pour la largeur et pour le pas pourront convenir. La hauteur de la couche métallique striée 9 est de l'ordre de 5 à 20 }gym, de préférence de l'ordre de 10 à 15 }gym. Des expériences effectuées par la demanderesse ont montré qu'avec une électrode cutanée du type de celle repré- sentée en figures 1A et 1B, dans laquelle les dimensions, en vue de dessus, de la région de contact cutané 2 sont de l'ordre de 3 à 5 mm de diamètre pour une structure circulaire, ou de 3 à 5 mm B8243 de côté pour une structure carrée, on obtient des signaux aussi nets et aussi intenses qu'avec une électrode plane classique d'un diamètre de l'ordre de 1 à 2 cm. De l'avis de la demanderesse, bien que cela ne soit 5 pas certain, cela s'explique par le fait que la partie supérieure de la peau, le stratum corneum, est relativement irrégulière et établit un mauvais contact avec une surface plane sauf si une force de pression intense est imposée. Par contre, avec une structure striée selon la présente invention, il y a une certaine pénétration du stratum corneum et donc un bien meilleur contact, la surface de contact étant augmentée de la surface interne des rainures formées dans l'électrode de contact. En outre, cette structure favorise le maintien de la sueur générée par les glandes sudoripares de la peau, la sueur conduisant à réduire la résistance de contact entre l'électrode et la peau. Bien que les stries représentées en figure 1 aient une forme longitudinale, ceci ne constitue qu'un exemple destiné à faire comprendre l'invention. Toute forme de stries pourra être utilisée, par exemple un nervurage circulaire, ou encore, pour augmenter la surface du nervurage, une forme de fractales. Un avantage de l'électrode cutanée représentée en figures 1A et 1B est que, étant donné sa structure et sa faible surface, la pression à appliquer pour la mettre en contact avec la peau est beaucoup plus faible que dans l'art antérieur. On peut donc utiliser des adhésifs moins puissants, moins susceptibles de léser l'épiderme du patient concerné. Par ailleurs, on comprendra à partir de la description de la structure des figures 1A et 1B que la prise d'une connexion avec la partie de connexion 3 de l'électrode cutanée selon la présente invention est particulièrement simple. On pourra par exemple utiliser pour ce faire les enseignements du brevet américain 7090505 cédé à la demanderesse. En outre, la partie de liaison entre la connexion et la partie d'électrode cutanée proprement dite ayant une très faible épaisseur est très souple et ainsi un mouvement sur l'électrode de connexion n'est B8243 6 pas susceptible de décoller ou d'affecter d'une autre manière la partie de contact cutanée. On va maintenant décrire en relation avec les figures 2A à 2E un procédé possible de réalisation d'une électrode 5 cutanée telle que décrite précédemment. Comme l'illustre la figure 2A, dans une première étape de fabrication, on dépose sur un support 10, par exemple une tranche de silicium, une couche mince d'un matériau 11 puis une couche d'une matière plastique 12, par exemple un polyimide. 10 La couche mince 11 doit être gravable sélectivement d'une part par rapport au support 10, d'autre part par rapport au matériau de la couche 12. Ainsi, dans une étape finale du procédé, on pourra détacher du support 10 la couche 12 et les éléments qui la recouvrent en éliminant la couche 11 par un pro- 15 cédé dit de lift off. Dans un exemple de réalisation, le support 10 est en silicium et la couche 11 est un oxyde de silicium. La couche de matière plastique 12 peut être par exemple le polyimide commercialisé sous la référence PI 2611 par la société Dupont de Nemours. Ce matériau peut être déposé à la 20 tournette sur une couche d'oxyde de silicium. La couche 12 pourra avoir après séchage une épaisseur de l'ordre de 3 à 5 }gym pour assurer ensuite la tenue mécanique de la structure obtenue. Sur la couche 12, qui correspond au support 1 de la figure 1A, on dépose une couche de matériau conducteur 13 que 25 l'on grave pour lui donner la forme souhaitée de la couche 5 telle que représentée en figure 1A. La couche 13 peut par exemple être une couche d'or d'une épaisseur inférieure à 1 }gym. Tout autre matériau métallique pourra être adopté par l'homme de l'art, du moment qu'il présente une tenue suffisante, qu'il 30 résiste à une torsion, et qu'il peut être déposé selon une faible épaisseur de l'ordre de 0,5 à 3 }gym. Sur la couche 13, on dépose une nouvelle couche de matière plastique 14, par exemple à nouveau une couche de polyimide. La couche 14 correspond à la couche 7 de la figure 1A. B8243 7 A l'étape illustrée en figure 2B, on a ouvert deux fenêtres 2 et 3 dans la couche de matière plastique 14. Divers procédés connus pourront être utilisés pour ouvrir ces fenêtres. Par exemple, si le matériau constituant la couche 14 est un polyimide difficilement gravable sélectivement par rapport à une résine photosensible, on commence par déposer une couche d'aluminium ou autre, destinée à former un masque dur, puis on grave les ouvertures souhaitées correspondant aux régions 2 et 3 dans la couche d'aluminium et on se sert ensuite de la couche d'alu- minium comme masque pour graver dans la couche de polyimide la fenêtre 2 correspondant au contact cutané et la fenêtre 3 correspondant à la zone de connexion. A l'étape illustrée en figure 2C, on a déposé une couche conductrice mince 16 dans l'ouverture 2 et autour de celle-ci. Cette couche conductrice est destinée à permettre d'établir un contact lors d'une étape ultérieure de dépôt électrolytique. La figure 2D représente de façon agrandie la partie entourée du cercle en pointillés 18 en figure 2C. On a déposé sur la structure un masque, par exemple un masque de résine 20, dans lequel on a formé des ouvertures. Dans ces ouvertures, on a déposé par dépôt électrolytique un métal 22 tel que du cuivre. Si le dépôt se fait autrement que par voie électrolytique, il n'est pas nécessaire de prévoir la couche conductrice mince 16 décrite précédemment. Enfin, à l'étape illustrée en figure 2E, on a éliminé la couche de résine 20, et séparé un dispositif selon l'invention du support 10 en éliminant la couche de lift off 11 pour détacher la structure comprenant la couche de polyimide 12 et les éléments qui la revêtent. La structure illustrée en figure 2E correspond à celle illustrée en figures 1A et 1B. Le procédé décrit ci-dessus ne constitue qu'un exemple considéré actuellement cottutte avantageux de réalisation de l'inven- tion mais de nombreux autres procédés de réalisation pourront être adoptés. Egalement, d'autres matériaux que du polyimide, de B8243 8 l'or et du cuivre pourront être utilisés du moment que chacun de ces matériaux, et notamment ceux remplaçant le polyimide et l'or assurent le rôle de souplesse qui leur est imparti ainsi que le rôle de tenue mécanique sur une très faible épaisseur. D'autres variantes de la présente invention pourront être réalisées. Par exemple, si on considère la vue de dessus de la figure 1B, au lieu d'avoir une électrode ronde ou carrée, on pourra prévoir que cette électrode est en étoile ou a toute autre forme souhaitée, de façon par exemple à faciliter sa mise en place à certains emplacements souhaités, par exemple dans la chevelure, en évitant d'avoir à couper une trop grande surface de cheveux, les doigts de l'étoile se glissant entre les mèches de cheveux. On pourra aussi prévoir que la zone de contact comporte une ouverture centrale. Alors que l'on a décrit une réalisation particulière et avantageuse de l'invention, on comprendra que l'invention prévoit de façon générale, une électrode cutanée comprenant, sur un support souple, un plot de contact avec la peau d'une faible épaisseur muni de stries d'une profondeur supérieure à 10 }gym, et d'un pas et d'une largeur de 0,1 à 5 }gym, ce plot étant connecté à une zone de prise de connexion. La liaison électrique entre le plot et la zone de prise de connexion peut se faire par tout moyen, et pas nécessairement par une sous-couche conductrice. Le plot n'est pas nécessairement en métal mais doit seulement avoir une surface conductrice, y compris dans les stries. En ce qui concerne le procédé de fabrication toute technique connue pourra être utilisée pour former un plot strié, par exemple des méthodes d'électro-érosion. Un bloc de cuivre strié pourra être rapporté sur un support souple. Par ailleurs, on a décrit une application particulière de l'électrode pour détecter des signaux électriques sur la peau d'un patient. On pourra aussi prévoir que cette électrode est disposée à l'intérieur du corps, par exemple sur le muscle cardiaque, autour d'un nerf, etc. REVENDICATIONS 1. Electrode cutanée comprenant, sur un support souple (1) d'une épaisseur inférieure à 10 }gym, un plot (9) d'une épaisseur inférieure à 30 }gym muni de stries d'une profondeur supérieure à 10 }gym, les surfaces au moins de ce plot étant conductrices et étant connectées à une zone de prise de connexion (3). 2. Electrode cutanée selon la revendication 1, comprenant : une première couche isolante support (1) d'une épais-10 Beur inférieure à 10 }gym ; une couche métallique (5-9) d'une épaisseur inférieure à 20 }gym munie de stries d'une profondeur supérieure à 10 }gym au niveau d'une zone de contact ; et une deuxième couche isolante (7) d'une épaisseur infé-15 rieure à 10 }gym revêtant la structure en dehors des zones de contact (2) et d'une zone de prise de connexion (3). 3. Electrode cutanée selon la revendication 2, dans laquelle les première et deuxième couches isolantes sont des couches de polyimide d'une épaisseur de l'ordre de 2 à 3 }gym. 20 4. Electrode cutanée selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la couche métallique comprend : une première couche métallique (5) d'une épaisseur inférieure à 5 }gym ; et une deuxième couche métallique (9) formée sur la pre- 25 mière couche métallique à l'emplacement de la zone de contact cutané, d'une épaisseur supérieure à 5 }gym et nervurée sur toute son épaisseur, les nervures étant ménagées à un pas de l'ordre de 0,5 à 3 }gym. 5. Electrode cutanée selon l'une quelconque des reven- 30 dications 2 à 4, comprenant, sur la première couche isolante, une extension de la couche métallique jusqu'à une zone de connexion (3). 6. Electrode cutanée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ayant une surface de l'ordre de 0,1 cm2.B8243 10 Procédé 7. comprenant : former gravable (11) ; former former former ouvrir au-dessus de la de fabrication d'une électrode cutanée sur un support (10) une couche sélectivement une première couche de matière plastique (12) ; une première couche métallique (13) ; une deuxième couche de matière plastique (14) ; dans la deuxième couche en matière plastique première couche métallique (13) des ouvertures (2) et (3) dans des régions respectives de contact et de connexion ; former sur la première couche métallique (13), dans la région de contact, des surépaisseurs métalliques nervurées d'une hauteur de 5 à 20 }gym, à un pas de l'ordre de 1 à 5 }gym ; et séparer du substrat l'ensemble de la première couche isolante (12) et des éléments qu'elle supporte, par élimination de la couche sélectivement gravable (11). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le support (10) est une plaquette de silicium et la couche sélec- tivement gravable (11) est une couche d'oxyde de silicium. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les couches de matière plastique sont des couches de polyimide d'une épaisseur de 2 à 10 }gym, de préférence de 3 à 5 }gym. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la première couche métallique (13) est une couche d'or d'une épaisseur d'environ 1 }gym.