(57)【要約】【課題】  液晶ポリマーを基盤物質として、電極と光極を一体に形成したエレクトロオプトロード神経インターフェース及びその製造方法を提供する。【解決手段】  エレクトロオプトロード神経インターフェースは、身体内に挿入できるように伸び、光学的電極部分を成すようにコア部分に位置する光ファイバーと、前記光ファイバーを包むＬＣＰサンプルとを含む。前記ＬＣＰサンプルは、接着シートと前記接着シートを包むＬＣＰ電極層が互いに結合される。エレクトロオプトロード神経インターフェースは、深部脳を刺激するとか深部脳から神経信号を計測するための電極を液晶ポリマー（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒ、ＬＣＰ）で具現した電気的インターフェースと、光ファイバー（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）、導波管（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）、内視鏡のような光学的インターフェースとを一つに結合した神経インターフェースであり、エレクトロオプトロード（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｒｏｄｅ）の位置をリアルタイムで電気的または光学的にモニタリングしながら挿入することができ、これを大量で製作することができる。【選択図】図１
2013543743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体内に挿入できるように伸び、光学的電極部分を成すようにコア部分に位置する光ファイバーと、前記光ファイバーを包むＬＣＰサンプルとを含み、
前記ＬＣＰサンプルは、接着シートと前記接着シートを包むＬＣＰ電極層が互いに結合された、液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース。
【請求項２】
前記光ファイバーは２８０℃〜２９０℃の温度に耐える材質でなった、請求項１に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース。
【請求項３】
前記ＬＣＰ電極層は半導体工程またはＭＥＭＳ工程で構成されるチャネルの金属層で製作された電気刺激サイトの電極を含み、
前記エレクトロオプトロード神経インターフェースは光ファイバーで構成された光学神経信号記録及び刺激のインターフェースを含み、
前記電気刺激サイトには、電流／光学信号の記録及び刺激だけでなく、電極が挿入された地域に薬物を注入するために薬物伝達チャネル（Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｃｈａｎｎｅｌ）が提供される、請求項１に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース。
【請求項４】
エレクトロオプトロード神経インターフェースを製造する方法において、
ＬＣＰサンプルを光ファイバーに巻き付ける段階と、
前記光ファイバーに巻き付けられたＬＣＰサンプルを金属モールドに入れ、前記ＬＣＰサンプルが前記光ファイバーにラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）されるように加熱する段階と、
前記ラミネーションされたＬＣＰサンプルの不必要なチップ部分の光ファイバーを切断して前記エレクトロオプトロード神経インターフェースを形成する段階とを含む、液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【請求項５】
前記加熱段階は、前記光ファイバーに巻き付けられたＬＣＰサンプルを前記金属モールドに入れ、回転させながら加熱する段階を含み、前記金属モールドと前記ＬＣＰサンプルは直接触れないようにする、請求項４に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【請求項６】
前記加熱段階の加熱温度は、前記ＬＣＰサンプルに加わる温度が２７５℃〜２８５℃程度となるように維持する、請求項４に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【請求項７】
前記加熱段階は、前記光ファイバーに巻き付けられたＬＣＰサンプルを前記金属モールドに入れて加熱する段階を含む、請求項４に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【請求項８】
前記加熱段階は、前記光ファイバーに巻き付けられたＬＣＰサンプルを前記金属モールドに入れ、回転させながら加熱する段階を含み、前記金属モールドが一定の時間間隔で周期的に前記ＬＣＰサンプルをたたく方式で熱を加える、請求項４に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【請求項９】
前記加熱段階は、前記ＬＣＰサンプルを前記光ファイバーの上下にそれぞれ配置し、前記金属モールドに入れて加熱する段階を含む、請求項４に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【請求項１０】
液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースにおいて、
ＬＣＰでなった基板部と、
前記基板部の上面に形成され、生体信号を収集し、収集された生体信号を伝達する複数の電極部と、
前記電極部と重ならないように前記基板部の上面に形成され、光学的電極部分を成す光極部と、
前記電極部と光極部を保護し、前記光極部の一部が露出するように前記基板部に熱圧着によるラミネーションによって積層されるＬＣＰでなったカバー部とを含む、液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース。
【請求項１１】
前記電極部は、前記基板上に金属物質をパターニングすることで形成される、請求項１０に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース。
【請求項１２】
前記光極部は、前記基板上に光透過性ポリマーをパターニングすることで形成される、請求項１０に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース。
【請求項１３】
液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースを製造する方法において、
前記液晶ポリマーでなった基板部の上面に電極部を形成する段階と、
前記形成された電極部と重ならない前記基板部の上面に光極部を形成する段階と、
液晶ポリマーでなったカバー部を、前記光極部の一部が露出するように、前記基板部にラミネーションして積層する段階と、
前記カバー部がラミネーションされた基板部において前記電極部と前記光極部が形成された領域を残すように、残り領域を切断して前記エレクトロオプトロード神経インターフェースを製造する段階とを含む、液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【請求項１４】
前記エレクトロオプトロード神経インターフェースに整列ホールを形成する段階と、
前記整列ホールを用いて前記エレクトロオプトロード神経インターフェースにフィードスルーを連結する段階をさらに含む、請求項１３に記載の液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は体内に挿入される神経インターフェース及びその製造方法に係り、より詳しくは電極と光極を一体に形成した液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｒｏｄｅ  ｎｅｕｒａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）及びその製造方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、深部脳を刺激するとか深部脳から神経信号を計測するための電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）及び光極（ｏｐｔｒｏｄｅ）のような神経インターフェースは蝸牛インプラント、人工薄膜、深部脳刺激などの神経補綴（Ｎｅｕｒａｌ  Ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ）、または生体信号計測などを含む神経科学研究において非常に重要な役目をする。神経インターフェースは、人間を含む動物の神経組職に刺激を与えるとか神経組職で発生する神経信号または生体信号を記録するときに用いられる。神経に対する刺激または神経信号の記録は電気的方法または光学的方法で行われる。
【０００３】
電極は、主に、シリコン、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）などの半導体物質、または白金、タングステンなどの金属物質から製作され、これによって細胞の電位差などを誘発または記録する（先行技術文献１参照）。
【０００４】
光極は光を透過させる透明な物質で製作され、光遺伝学（ｏｐｔｏｇｅｎｅｔｉｃｓ）などの技術を用いて光で細胞を刺激することができる（先行技術文献２参照）。
【０００５】
また、光極は表面プラズモン現象、近赤外線の透過率変化などの光に対する反応で細胞の神経信号を記録することができる（先行技術文献３及び４参照）。
【０００６】
ところが、既存に研究された電極または光極の基盤物質はシリコンのように損傷しやすい機械的特性を持つかあるいは脳に適用するのには剛性が足りなくて他の支持部が必要となるなど、生体移植用神経インターフェースへの適用に限界を持っている場合が多いため、支持部を載せるなどの方法を講じなければならない（先行技術文献５参照）。
【０００７】
また、神経インターフェースのように生体移植用技術に使われる物質は生体適合的（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｅ）物質を基盤とするかあるいはこのような物質のみを用いて製作されなければならない。神経インターフェースが深部脳に適用される場合、神経インターフェースを介しての信号の伝達中に支持部による影響があってはいけないため、光学的神経インターフェースを製作する基盤物質はそのものが剛性を持っていなければならない。また、現在神経補綴装置に使われる電極は大部分が半導体工程のように生産コストを低めることができる一括工程（ｂａｔｃｈ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いないため、生産コストが非常に高いという問題点がある。
【０００８】
したがって、未来の神経補綴装置の神経インターフェースは、一括工程の適用可能な物質であればあるほど競争力を持つので、脳に挿入するのに十分な強度を持っており、生体適合であり、一括工程で生産コストを低めることができることが利点となることができるであろう。
【０００９】
しかし、既存に研究された大部分の電極または光極の技術は主に独立的に研究及び実験されて来た。いくつかの研究グループで両技術を組み合わせて体外で（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）神経インターフェースを駆逐しようとする先行研究があったが、体内で（ｉｎ  ｖｉｖｏ）の研究までは至らなかった。
【００１０】
また、光極と電極を結合して正位手術（ｓｔｅｒｅｏｔａｘｉｃ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）に適用すれば、早い手術位置把握による手術時間の短縮、免疫反応によるグリオーシスによる効果の減少、刺激によるアーチファクトシグナルの影響減少などの効果を得ることができるはずであるが、光極と電極を結合した神経インターフェースは正位手術に適用することができる構造ではなかった（先行技術文献８参照）。
【００１１】
例えば、まずＤＢＳ（ｄｅｅｐ  ｂｒａｉｎ  ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）の電極の挿入手術の場合、既存には電極挿入手術に先立ち、ＭＲＩ撮影とＡＴＬＡＳ（脳の解剖学的地図）を用いて挿入位置を把握し、正位手術装備を用いて手術した。
【００１２】
しかし、人ごとに異なる脳の位置や特殊な脳の構造のような変数による手術の難しさが存在するため、これを解決するために、ＭＥＲ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）で神経信号を記録した後、さらに刺激電極を挿入する方法を多く施行している。この方法の場合、まずＤＢＳ電極を挿入する前、正位手術装置を用いて神経信号記録用電極（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を挿入する。挿入された位置による神経信号を記録して正位置に電極が位置することを確認した後、神経信号記録用電極を除去し、刺激用電極を再び挿入するようになる。これは、頭蓋骨に孔（ｂｕｒ  ｈｏｌｅ）を開ける瞬間、頭蓋骨内の圧力が変わり、脳脊髄液が流出するため、脳の位置がＭＲＩ撮影時とは異なるようになるシフト（ｓｈｉｆｔ）が発生するからである。
【００１３】
ところが、この方法も欠点が存在する。すなわち、（１）手術時間が長くなって、脳脊髄液、血液を含む体液の損失が大きい。（２）二種の電極を交互に挿入するため、脳血管を損傷させる確率が高い（記録電極の場合、刺激電極に比べて直径が小さい）、（３）刺激電極の挿入位置を記録電極の挿入経路ではない他の位置に調整する場合、不必要な脳組織の損傷が発生することができる問題点がある。
【００１４】
これとは異なり、ＭＲＩ情報とＡＴＬＡＳ（脳の解剖学的地図）情報を用いて、ＭＥＲなしに挿入する方法がある。脳の解剖学的地図情報を用いる方法は、最終挿入位置をＭＲＩやＣ−アームによる概略座標系を用いて把握するもので、手術時間を縮めて体液の損失を減らすことができるが、手術過程での脳の微細な移動（ｂｒａｉｎ  ｓｈｉｆｔ）などの理由で正確に刺激電極を位置させることに困難さが多い。
【００１５】
また、外部から生体内に特定の物体が移植されれば、免疫反応によって異物と認識された電極を脳組織が包むグリオーシス（ｇｌｉｏｓｉｓ）が発生する。この場合、電極が刺激しようとする組職に刺激用電気信号を伝達するのに問題が発生し、これによって刺激効果の減少と治療効果の減少が現れる。したがって、適切な刺激効果を与えるために、代替位置を探して再び電極挿入手術を行わなければならない状況が発生することができる。これは、手術によって患者の負担を加重させ、脳に挿入する電極の場合、ＭＲＩ撮影から手術までの一連の過程を全て再び行わなければならなくなる。
【００１６】
最後に、細胞に電気刺激を与えながら電極で神経信号を記録する場合、この刺激に細胞が反応して生ずる神経信号とは別個に刺激信号が直接記録される。これをアーチファクト信号（ａｒｔｉｆａｃｔ  ｓｉｇｎａｌ）という。この信号は刺激直後にだけ生じるが、一般的に神経信号より大きくて刺激直後の反応を見るためには、アーチファクト信号を無くすための別途の方法が必要となる。
【００１７】
以上のように、生体内挿入のための神経インターフェース装置は生体適合物質を基盤としなければならなく、脳に挿入されるのに十分な強度を持たなければならなく、かつ神経補綴装置の大衆化及び市場拡大におびただしい影響を及ぼすことができるという点で、好ましくは一括工程が可能でコストを低めなければならない。また、神経インターフェース装置に使用された電極の場合、電気刺激によるアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）信号が記録されるため、実際の神経信号を分離するための追加の作業及び追加の基準電極と、グリオーシスの発生による効果が減少する欠点も解消しなければならない。また、手術中にＭＲＩまたはＣＴ撮影などによって長時間手術過程が延ばされる既存の正位手術過程に比べて早い手術が可能ではなければならない。
【００１８】
本発明者は液晶ポリマーが脳に挿入するのに十分な強度を持ち、生体適合であり、一括工程で生産コストを低めることができ（先行技術文献６及び７参照）、光極と電極を結合して正位手術に適用することで、早い手術位置把握によって手術時間が短縮され、光は細胞をどのくらい透過することができるので、光極によってグリオーシスによる影響を少し受けることができ（先行技術文献９参照）、さらに光で神経信号を検出する場合には、アーチファクト信号の影響を受けないので、後処理過程を簡単にすることができる（先行技術文献３及び４参照）ことが分かるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】アメリカ特許第６６４４５５２号（登録日２００３．１１．０４）
【特許文献２】大韓民国特許公開第２０１０−００８１８６２号（公開日２０１０．０７．１５）
【特許文献３】大韓民国特許公開第２０１０−００５６８７６号（公開日２０１０．０５．２８）
【特許文献４】大韓民国特許公開第２０１０−００５６８７２号（公開日２０１０．０５．２８）
【特許文献５】大韓民国特許公開第２０１０−００１０７１４号（公開日２０１０．０２．０２）
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】"A High-Yield Fabrication Process for Silicon Neural Probes", Seung Jae Oh, Jong Keun Song, Jin Won Kim, and Sung June Kim, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 53, no. 2, pp. 351-354, Feb. 2006.
【非特許文献２】"Next-generation optical technologies for illuminating genetically targeted brain circuits". Deisseroth K, Feng G, Majewska AK, Miesenbock G, Ting A, Schnitzer MJ, J. Neurosci. 26 (41): 10380??6, October 2006.
【非特許文献３】"Spectrum measurement of fast optical signal of neural activity in brain tissue and its theoretical origin", Jonghwan Lee and Sung June Kim, NeuroImage, Vol. 51, no. 2, pp. 713-722, 2010.
【非特許文献４】"Optical Measurement of Neural Activity Using Surface Plasmon Resonance", Shin Ae Kim, Kyung Min Byun, Jonghwan Lee, Jung Hoon Kim, Dong-Ghi Albert Kim, Hyoungwon Baac, Michael L. Shuler, and Sung June Kim, Optics Letters, Vol. 33, no. 9, pp. 914-916, May. 2008.
【非特許文献５】"Polyimide based neural implants with stiffness improvement", Keekeun Lee, Amarjit Singh , Jiping He, Stephen Massia , Bruce Kim, Gregory Raupp, Sensors and Actuators B , Vol. 102,Issue 1, pp.67-72, Sep. 2004
【非特許文献６】"Development of microelectrode arrays for artificial retinal implants using liquid crystal polymers", S. W. Lee, J. M. Seo, S. Ha, E. T. Kim, H. Chung, and S. J. Kim, Invest Ophthalmol Vis Sci, Vol. 50, no. 12, pp. 5859-5866, Dec. 2009.
【非特許文献７】M.S. Thesis, "LCP  基盤の探針型神経電極に対する研究(A Study on a LCP-based Depth-type Neural Probe)",  リ  ソング  ウン,  Department of electrical engineering and computer science, College of Engineering, Seoul National University, Seoul, Korea, 2010.
【非特許文献８】"A 16-site neural probe integrated with a waveguide for optical stimulation", I.-J. Cho, H. W. Baac, and E. Yoon, in Proc. MEMS 2010 Conference, Hong Kong, China, January 24-28, 2010, pp. 995-998.
【非特許文献９】Optical Absorption of Untreated and Laser-irradiated Tissues, D.K. SARDAR, B.M. ZAPATA, C.H. HOWARD, Lasers in Medical Science 1993, 8:205-209
【非特許文献１０】Polymer-Based Microelectrode Arrays, Scotte Corbertt, Joe Ketterl, and Tim Johnson, Master, Res.Soc.Symp. Proc, Vol. 926
【非特許文献１１】Novel Biomedical Implant Interconnects Utilizing Micromachined LCP, Robert Dean, Jenny Weller, Mike Bozack, Brian Farrell, Linas Jauniskis, Josept Ting, David Edell, Jamile Hetke, Proc. of SPIE Vol.5515
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、本発明の目的は、液晶ポリマーを基盤物質として、電極と光極を一体に形成したエレクトロオプトロード神経インターフェース及びその製造方法を提供することのである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前述した目的を達成するための本発明の一側面によれば、液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースは、
身体内に挿入できるように伸び、光学的電極部分を成すようにコア部分に位置する光ファイバーと、前記光ファイバーを包むＬＣＰサンプルとを含み、
前記ＬＣＰサンプルは、接着シートと前記接着シートを包むＬＣＰ電極層が互いに結合されたことを特徴とする。
【００２３】
本発明の他の側面によれば、エレクトロオプトロード神経インターフェースを製造する方法は、ＬＣＰサンプルを光ファイバーに巻き付ける段階と、前記光ファイバーに巻き付けられたＬＣＰサンプルを金属モールドに入れ、前記ＬＣＰサンプルが前記光ファイバーにラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）されるように加熱する段階と、前記ラミネーションされたＬＣＰサンプルの不必要なチップ部分の光ファイバーを切断して前記エレクトロオプトロード神経インターフェースを形成する段階とを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明のさらに他の側面によれば、液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースは、ＬＣＰでなった基板部と、前記基板部の上面に形成され、生体信号を収集し、収集された生体信号を伝達する複数の電極部と、前記電極部と重ならないように前記基板部の上面に形成され、光学的電極部分を成す光極部と、前記電極部と光極部を保護し、前記光極部の一部が露出するように前記基板部に熱圧着によるラミネーションによって積層されるＬＣＰでなったカバー部とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明のさらに他の側面によれば、液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェースを製造する方法は、前記液晶ポリマーでなった基板部の上面に電極部を形成する段階と、前記形成された電極部と重ならない前記基板部の上面に光極部を形成する段階と、液晶ポリマーでなったカバー部を、前記光極部の一部が露出するように、前記基板部にラミネーションして積層する段階と、前記カバー部がラミネーションされた基板部において前記電極部と前記光極部が形成された領域を残すように、残り領域を切断して前記エレクトロオプトロード神経インターフェースを製造する段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施例によれば、光学技術と電気電子技術が結合された深部脳刺激用電極の設計及び製作技術によってアーチファクト（Ａｒｔｉｆａｃｔ）なしに神経信号を記録する光学技術と電気的に神経信号を記録する電極の技術が単一電極で具現された電極デザインの設計が可能であり、ＬＣＰ（液晶ポリマー）と半導体工程技術を用いて多種の電極サイトデザインと薬物伝達チャネル（Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｃｈａｎｎｅｌ）などの多機能の電極を構成し、光学技術のための光ファイバーとの結合技術を開発することができ、熱可塑性薄膜の接着シートで光ファイバーを包む形態の一体型電極を製作することができ、場合による多様な神経信号記録方法と刺激方法が適用可能であり、電気的記録と光学的記録法でより正確度の高い神経信号記録が可能であり、既存の電極のような電気刺激とグリオーシス（ｇｌｉｏｓｉｓ）が起こるときのような特定の場合での光刺激を用いて継続的な疾患治療が可能であり、１回の電極手術だけでＭＥＲと刺激電極挿入手術が完了し、手術時間の短縮で患者と手術者の負担を減らすことができ、さらにリアルタイムで電極の位置をモニタリングすることができるので、より正確な電極挿入手術が可能な効果を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例によるエレクトロオプトロード神経インターフェースの斜視図である。
【図２】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースのラインＩＩ−ＩＩに沿って切り取った断面図である。
【図３】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの電極層の構成を示す斜視図である。
【図４ａ】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【図４ｂ】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【図４ｃ】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【図４ｄ】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【図４ｅ】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【図４ｆ】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【図４ｇ】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【図５】図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の他の実施例を示す流れ図である。
【図６】本発明の他の実施例によるエレクトロオプトロード神経インターフェースの全体構成を示す斜視図である。
【図７】図６のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作工程の一実施例を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面に基づいて本発明による実施例の動作を詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の一実施例によるエレクトロオプトロード神経インターフェースの斜視図、図２は図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースのラインＩＩ−ＩＩに沿って切り取った断面図、図３は図１のエレクトロオプトロード神経インターフェースの電極層の構成を示す斜視図である。
【００３０】
図１〜図３に示すように、本発明の一実施例によるエレクトロオプトロード神経インターフェース１００は体内移植装置（図示せず）に連結され、体内で収集した生体信号を内部移植装置に伝達し、内部移植装置は伝達された生体信号を処理、保存かつ分析し、その結果を外部に送信する機能を果たす。エレクトロオプトロード神経インターフェース１００は、全般的に身体内部に挿入できるように伸び、光学的電極部分を成すようにコア部分に位置する光ファイバー１０と、光ファイバー１０を包む接着シート２０と、前記接着シート２０によって光ファイバー１０に巻き付けられた、半導体工程によって前もって製作されたＬＣＰ電極層３０と、ＬＣＰ電極層３０の先端部で接着シート２０上に付着された刺激電極サイト４０とを含む。
【００３１】
ＬＣＰ電極層３０は熱可塑性の低温ＬＣＰまたは高温ＬＣＰで製造され、半導体工程またはＭＥＭＳ工程によって多チャネルの電極を構成することができる。ＬＣＰ電極層３０を多チャンネル電極で構成することにより、各電極から生体内の１ヶ所だけではなく多数箇所の情報を得ることができる。
【００３２】
接着シート２０はＬＣＰ電極層３０を光ファイバー１０に接着または固定し、接着性及び生体適合性（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）を持つ低温ＬＣＰフィルムまたはポリウレタンを含む。接着シート２０とＬＣＰ電極層３０は互いに結合されてＬＣＰサンプル５０を形成する。もし、ＬＣＰサンプル５０のようにＬＣＰ電極層３０を半導体工程で接着シート２０に一体に構成する場合であれば、ＬＣＰ電極層３０はなくても良く、その結果、エレクトロオプトロード神経インターフェースの直径が減少することができる。
【００３３】
光ファイバー１０は光学的電極の一部で、光学的に神経信号を測定するとか刺激することができ、手術中には内視鏡のような役目をして脳血管を避けて挿入できるようにするレンズのような役目をする。これに適用するためには、２８０〜２９０℃の温度に耐える特殊光ファイバー、例えばポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈｅｎｅ）材などでなった光ファイバーであることが好ましい。光ファイバー１０の末端部は、図１に示すように、半球形であることもできるが、切断及び加工方式によって円錐形、平坦面などの各種の形態を持つこともできる。
【００３４】
刺激電極サイト４０はそれを通じて電気刺激波形が通る数百ナノメートル厚さの金属、例えばＡｕまたはＰｔで製造され、電流／光学信号の記録及び電気刺激を遂行する。また、刺激電極サイト４０は電極が挿入された地域に薬物を注入することができるように構成された薬物伝達チャネル（Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｃｈａｎｎｅｌ）４２を持つ。
【００３５】
このように、本発明のエレクトロオプトロード神経インターフェースは神経信号記録用マイクロ電極と刺激電極の結合によってなされるもので、長期安全性にすぐれ、ＬＣＰ電極層が接着シート２０に一体化したＬＣＰフィルム５０で神経電極を製作し、これで光ファイバー１０を包む形態に結合されている。
【００３６】
ＬＣＰ電極層が接着シート２０に一体化したＬＣＰフィルム５０を用いた神経電極は、神経信号記録及び電気刺激、薬物伝達などの多機能の役目を担当し、光ファイバー１０は神経信号記録及び刺激電極の機能を担当する。
【００３７】
神経信号記録電極と刺激電極が一体化することで、電極挿入手術が一回で終わることができるようになり、その結果、手術時間の短縮効果を持つ。
【００３８】
また、本発明のエレクトロオプトロード神経インターフェースは、光ファイバーの内視鏡の用途としての拡張可能性を持つことによって、光ファイバーの全反射特性を用いて脳血管の有無をリアルタイムで肉眼で確認することができる。また、周辺回路の集積化が成されれば、本発明のエレクトロオプトロード神経インターフェースは現在の内視鏡のように多方向への電極進入の方向転換が可能で、現在の直進性を主とする電極挿入によらなく、脳血管の損傷を避け、刺激位置まで挿入される未来型電極にも発展することができる。その結果、電極位置の把握の難しさが解消される。
【００３９】
一方、グリオーシス（Ｇｌｉｏｓｉｓ）は体内物質ではない場合にはまったく避けることはできないが、本発明の刺激電極は光学技術を用いた光電極であるので、光電極を用いた組職に対する刺激はグリオーシスが電極の周辺を包んでいるときにも光刺激が可能であるので、免疫反応などによってグリオーシスが発生する問題点を解消する。
【００４０】
以上のように構成された本発明のエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作方法を度８を参照して説明すれば次のようである。
【００４１】
まず、図４ａに示すように、長テープ状に前もって製作されたＬＣＰ電極層３０及び接着シート２０、そして３００℃程度にも耐える光ファイバー１０を準備する。ここで、前もって製作されたＬＣＰ電極層３０を半導体工程によって接着シート２０に一体化することができるのはもちろんであり、このように、ＬＣＰ電極層と一体化した接着シートをＬＣＰサンプル５０といい、以下では説明の便宜上ＬＣＰサンプル５０として製作方法を説明した。
【００４２】
ついで、図４ｂに示すように、ＬＣＰサンプル５０を密に光ファイバー１０に巻き付けた後、光ファイバー１０を円柱形光ファイバー固定装置６０に機械的に固定しておく。この際、ＬＣＰサンプル５０に加わる圧力が一様な状態となるように、光ファイバー１０を一定のテンションで引っ張って固定させる。
【００４３】
ついで、図４ｃ（右側は矢印方向に見た断面図）に示すように、準備したＬＣＰサンプル５０を金属モールド７０に入れ、回転させながら加熱する。加熱温度は、ＬＣＰサンプル５０に加わる温度が２７５〜２８０℃程度となるように維持し、ＬＣＰサンプル５０は金属モールド７０に直接触れないように非接触式で回転する。これは、望まないとか予期しない光ファイバー１０の熱変形を防ぐためである。図面において、未説明符号７２はＬＣＰサンプル５０と金属モールド７０の整列ピンである。
【００４４】
その代案として、加熱方法は、図４ｄ（右側は矢印方向に見た断面図）に示すように、準備したＬＣＰサンプル５０を金属モールド７０に入れて加熱する。加熱中に電極層が金属モールド７０に溶けて付かないように光ファイバー１０と金属モールド７０の間にテフロン（登録商標）材のフィルムで構成された反発層８０を介在して加熱する。加熱温度は、ＬＣＰサンプル５０に加わる温度が２７５〜２８０℃程度となるように維持する。これは光ファイバー１０の耐熱性が非常に高い場合に行い、工程時間が短縮され、電極全体の凹凸が少ないという利点を持つ。
【００４５】
他の代案の加熱方法の実施例は、前述した非接触式と接触式が結合された形態の混合型加熱方法である。混合型加熱方法は、図４ｅ（右側は矢印方向に見た断面図）に示すように、ＬＣＰサンプル５０と金属モールド７０の間に反発層８０を介在し、周期的に金属モールド７０が一定間隔の時間でＬＣＰサンプル５０をたたく方式、つまり一時的な圧力を繰り返し加える方式で進める。また、ＬＣＰサンプル５０は金属モールド７０の間で回転しながら加熱される。加熱温度は、ＬＣＰサンプル５０に加わる温度が２７５℃〜２８０℃程度となるように維持する。金属モールド７０とＬＣＰサンプル５０が周期的に触れることによって、望まないとか予期しない光ファイバー１０の熱変形が防止される。
【００４６】
前述したそれぞれの加熱方法によって、熱及び圧力によってＬＣＰ電極層が解けることで、接着シートと光ファイバーが互いに付くようになる。これをラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）といい、ＬＣＰ電極層は提示の温度と一定の圧力の下で溶けて光ファイバーと結合する。
【００４７】
以上のように、加熱工程の完了後、図４ｆに示すように、無駄に長く出たチップ（ｔｉｐ）部分の光ファイバー１０を光ファイバー専用カッター（ｆｉｂｅｒ  ｃｕｔｔｅｒ）で切断して本発明のエレクトロオプトロード神経インターフェース１００を完成する。
【００４８】
最後に、図４ｇに示すように、完成されたエレクトロオプトロード神経インターフェース１００に刺激電極サイト４０を付着する。完成されたエレクトロオプトロード神経インターフェース１００から光ファイバー１０の露出した部分は光信号を用いた神経信号を記録し、光刺激を行うために電極を挿入手術するとき、時脳血管の存在が分かり、挿入されるうちに光信号の反射率（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）などを測定することで、リアルタイムで挿入されるエレクトロオプトロード神経インターフェースの位置が分かる。また、グリオーシス（ｇｌｉｏｓｉｓ）が生じたときにも、光刺激で深部脳刺激の効果を誘発することができる。
【００４９】
一方、電気的信号を記録して電気刺激を行う刺激電極サイト４０は設計の内容によって多数のチャネルが構成されることができ、サイト物質によってそのインピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）や電荷注入限界値（ｃｈａｒｇｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｍｉｔ）などを多様化することができる。
【００５０】
図５はエレクトロオプトロード神経インターフェースの製作方法の他の実施例を示す。
【００５１】
図５に示すように、準備したＬＣＰサンプル５０を光ファイバー１０の上下に配置し、光ファイバー１０と金属モールド７０の間に反発層８０を介在して金属モールド７０に入れる。
【００５２】
その後、金属モールド７０を加熱する。これにより、光ファイバー１０の上下のＬＣＰサンプル５０が融着によって変形されて光ファイバー１０を包むようになる。加熱のうち、２７０℃で一定時間ＬＣＰサンプル５０を維持し、つまり低温ＬＣＰ物質の変形を誘導し、その後、加熱温度が２７５−２８０℃程度となるように圧力をかけながら加熱する。
【００５３】
ついで、レーザー加工で必要な部分を切断し、熱工程を行うことで、最終エレクトロオプトロード神経インターフェースを形成する。
【００５４】
図６は本発明の他の実施例によるエレクトロオプトロード神経インターフェースを示す斜視図である。図６に示すように、本発明の他の実施例によるエレクトロオプトロード神経インターフェース２００は、高温または低温ＬＣＰでなった基板部２１０と、基板部２１０の上面に形成され、生体信号を収集し、収集された生体信号を伝達する相互に離隔した複数の電極部２２０と、前記電極部２２０の間の前記基板部２１０の上面に形成され、光学的電極部分を成す光極部２４０とを含む。
【００５５】
本発明のエレクトロオプトロードインターフェース２００は、体内移植装置（図示せず）に連結され、体内で収集した生体信号を内部移植装置に伝達し、内部移植装置は伝達された生体信号を信号処理、保存、分析し、その結果を外部に送信する。
【００５６】
電極部２２０は基板部２１０上にＡｕなどの金属をパターニングすることで形成される。電極部２２０は、多チャンネルの電極で構成することができ、またＭＥＭＳ工程を用いて形成することができる。
【００５７】
光極部２４０は、光透過性ポリマーであるＳＵ−８などのパターン可能で透明な物質をパターニング工程で形成されるもので、所望のサイズに製作することができ、光を透過させることができ、さらにＭＥＭＳ工程で形成することもできる。
【００５８】
基板部２１０は電極部２２０及び光極部２４０を保護する役目をし、液晶ポリマー、特に低温の液晶ポリマーでなる。
【００５９】
エレクトロオプトロード神経インターフェース２００は、図７を参照して説明するように、電極部２２０と光極部２４０を保護するように、基板部２１０に積層されるカバー部２６０をさらに含む。
【００６０】
カバー部２６０は、基板部２１０上に熱圧着で積層され、基板部２１０と同様に、高温または低温液晶ポリマー、特に低温の液晶ポリマーでなる。高温液晶ポリマーの場合、基板部２１０とカバー部２６０の間に低温液晶ポリマーの接着層がさらに必要となることもできる。
【００６１】
以上のように構成された本発明の他の実施例によるエレクトロオプトロード神経インターフェースは図７に示すように製作される。
【００６２】
まず、略四角形基板部２１０の上面をＡＵパターニングして、基板部２１０の長手方向に伸びる相互に離隔する電極部２２０を形成する。ついで、基板部２１０に形成された電極部２２０と重畳しないように、離隔した電極部２２０の間に光透過性ポリマーであるＳＵ−８をパターニングして光極部２４０を形成する。
【００６３】
電極部２２０と光極部２４０が形成された基板部２１０上に液晶ポリマーでなったカバー部２６０を覆ってラミネーションする。この際、カバー部２６０は、電極部２２０及び光極部２４０の一部が露出する露出部２４２及び２４６が提供されるようにラミネーションされる。露出部２４２は身体内への挿入部に近く形成された部分で、これを通じて生体内の信号を収集する役目をする。露出部２４２の反対側の露出部２４６は露出部２４２で収集された生体信号を体内移植装置（図示せず）に伝達する役目をする。
【００６４】
その後、カバー部２６０がラミネーションされた基板部２１０に形成された電極部２２０及び光極部２４０を残すように、基板部２１０の残り部分をレーザーカットで切断して図６に示さすようなエレクトロオプトロード神経インターフェース２００を製作する。
【００６５】
製作されたエレクトロオプトロード神経インターフェース２００にフィードスルー（ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）２８０を連結するために、整列ホール２６２を形成し、整列ホール２６２を用いてフィードスルー２８０を連結する。
【００６６】
フィードスルー２８０は、電極２２０を体内移植装置の電気回路機器に連結する電気ケーブル２８２と、光電極２４０を光信号発生を計測する体内移植装置の計測機器に連結のためのもので、外部環境への露出を防止するために絶縁コートされる。
【００６７】
以上説明したものは本発明による液晶ポリマー基盤のエレクトロオプトロード神経インターフェース及びその製造方法の好適な実施例に過ぎないもので、本発明は前述した実施例に限定されないものであるので、以下の特許請求範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱せずに当該発明が属する分野で通常の知識を持った者の誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神があると言える。
【図１】
2013543743.tif 000003
【図２】
2013543743.tif 000004
【図３】
2013543743.tif 000005
【図４ａ】
2013543743.tif 000006
【図４ｂ】
2013543743.tif 000007
【図４ｃ】
2013543743.tif 000008
【図４ｄ】
2013543743.tif 000009
【図４ｅ】
2013543743.tif 000010
【図４ｆ】
2013543743.tif 000011
【図４ｇ】
2013543743.tif 000012
【図５】
2013543743.tif 000013
【図６】
2013543743.tif 000014
【図７】
2013543743.tif 000015
【国際調査報告】
2013543743.tif 000016
2013543743.tif 000017
2013543743.tif 000018
2013543743.tif 000019