(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性の柔軟絶縁材料からなる第１絶縁層と、
感光性の柔軟絶縁材料からなる第２絶縁層と、
上記第１絶縁層上に形成され、上記第２絶縁層に覆われた複数の電極配線と、
から構成され、
それぞれの上記電極配線は、上記第２絶縁層から露出している電極部と露出していない配線部とからなり、
上記第１絶縁層と上記第２絶縁層は、外形の長手方向の一端が先細り形状であり、表面が親水性に改質され、複数の上記電極配線が存在しない部分に複数の共通の貫通穴を有する
刺入型柔軟神経電極。
【請求項２】
請求項１に記載の刺入型柔軟神経電極において、
上記複数の電極配線が多層化されていることを特徴とする刺入型柔軟神経電極。
【請求項３】
請求項１または２に記載の刺入型柔軟神経電極を作製する刺入型柔軟神経電極作製方法であって、
基板上に感光性の第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成ステップと、
上記第１絶縁層の所定の形状が描画されたマスクを用いて、第１絶縁層を露光・現像して第１絶縁層を所定の形状に加工する第１絶縁層加工ステップと、
第１絶縁層加工ステップで形成された表面全体に金属層を形成する金属層形成ステップと、
金属層形成ステップで形成された表面全体にフォトレジスト層を形成するフォトレジスト層形成ステップと、
上記電極配線の所定の形状が描画されたマスクを用いて上記フォトレジスト層を露光・現像する電極配線描画ステップと、
電極配線描画ステップで露光・現像された上記フォトレジスト層により上記金属層をエッチングして電極配線の所定の形状に加工する電極配線加工ステップと、
上記フォトレジスト層を除去するフォトレジスト除去ステップと、
上記各ステップにより形成された表面全体に感光性の第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成ステップと、
上記第２絶縁層の所定の形状が描画されたマスクを用いて、第２絶縁層を露光・現像して第２絶縁層を所定の形状に加工する第２絶縁層加工ステップと、
上記各ステップの実行により形成された請求項１または２に記載の刺入型柔軟神経電極を上記基板から剥離する基板剥離ステップと、
を実行する刺入型柔軟神経電極作製方法。
【請求項４】
請求項３に記載の刺入型柔軟神経電極作製方法を用いて、複数の刺入型柔軟神経電極を、一端が解放され他端が共通の基体部に連結された状態で、平面的にかつ一体的に形成する基体形成ステップと、
上記基体部を折り曲げて、複数の刺入型柔軟神経電極を当該基体部から起こす立体化ステップと、
を実行する刺入型柔軟神経電極作製方法。
【請求項５】
請求項３に記載の刺入型柔軟神経電極作製方法において、
上記第２絶縁層加工ステップと上記基板剥離ステップとの間に、上記電極配線の所望の階層数分、上記金属層形成ステップから上記第２絶縁層加工ステップまでの各ステップを各層所定の形状で繰り返し実行することを特徴とする刺入型柔軟神経電極作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光性の柔軟絶縁材料を用いた刺入型柔軟神経電極およびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
開頭手術において電極を脳に刺し入れて電気的な刺激を与えたり電気的な活動を計測したりするために用いる代表的な刺入型神経電極として、シリコンなどの絶縁材料から微細加工技術を用いて作製されるもの（非特許文献１参照）が知られている。しかし、硬いシリコン等の材料で作製された刺入型神経電極を脳組織に留置した場合、柔らかい脳組織の動きに追従できずに、生体組織を損傷させたり、計測または刺激対象である神経を死滅させたり、更には計測または刺激可能範囲外への移動が誘引されることにより、安定した計測や刺激を困難であるというような問題があった。そこで、柔らかい脳組織への親和性を高めるべく、パリレンやポリイミドなどの柔軟絶縁材料を用いた刺入型柔軟神経電極（非特許文献２参照）が開発されてきた。
【非特許文献１】Khalil Najafi, Jin Ji, Kensall D.Wise, "Scaling Limitations of Silicon Multichannel Recording Probes", IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, JANUARY 1990, VOL.37, No.1, p.1-11
【非特許文献２】Carolos Gonzalez, Manuel Rodriguez, "A flexible perforated microelectrode array probe for action potential recording in nerve and muscle tissues", Journal of Neuroscience Methods, 1997, 72, p189-195
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の刺入型柔軟神経電極及びその作製工程には、次のような問題点がある。
（１）作製工程が複雑で作製が容易ではない
図６Ａ〜Ｃに従来の作製工程を示す。この工程は基板に各種材料の積層、エッチング等を行うことを通じ、最終的にＳ１２０に示すような、金属からなる電極配線１３が同一材料による２層の絶縁体（第１絶縁体１１及び第２絶縁体１２）に挟まれた完成物を得るまでを例にとったものであるが、図６からわかるように作製工程が非常に複雑であり作製は容易ではない。これは、電極を露出させるとともに電極を挟持する柔軟絶縁材料を所定の形状に形成するためには、プラズマエッチングやリアクティブイオンエッチング等のドライエッチングを行う工程（Ｓ１０８〜Ｓ１１９）が不可欠なためである。基板に各種材料の積層、エッチング等を行うことを通じて電極配線が２層の同一材料の絶縁体により挟まれた完成物を形成する場合、例えば、図７（ａ）の断面図に示すような状態（Ｓ１０７後の状態に対応）から、図７（ｂ）の断面図に示すような外形でかつ電極１４が露出している状態（Ｓ１１９後の状態に対応）に成型するにあたっては、同一材料による第１絶縁層１１と第２絶縁層１２に２つの膜厚ｘ、ｙのエッチングを行う必要があるが、プラズマエッチングやリアクティブイオンエッチング等のドライエッチングでは、一度の工程で同一材料を異なる膜厚にドライエッチングすることが原理上できない。具体的には、第２絶縁層１２から電極１４を露出させるために除去すべき膜厚ｙと、両絶縁層の外形を所定の形状に形成するために除去すべき膜厚ｘとが異なるため、一度の工程でドライエッチングすることはできない。そのため、同一材料を異なる厚みにドライエッチングするためには複数回に分けたドライエッチング工程を経ることが不可欠であった。
【０００４】
（２）エッチング工程が多く、アラインメント誤差が大きい
従来の刺入型柔軟神経電極の製造工程では、ドライエッチング処理による影響でアライメントマークが変形し、その結果として生じるアライメント誤差が複数回のエッチング処理により累積的に増加するため、安定した微細加工が困難であった。
【０００５】
（３）ドライエッチング装置とその維持管理を含む作製コストが高く、廉価に作製することが難しい
パリレンやポリイミド等の柔軟絶縁材料を用いて電極を露出させるとともに刺入型柔軟神経電極を所定の形状に形成するためには、上記（１）で説明したようにドライエッチング工程が不可欠である。しかし、ドライエッチング工程に必要なエッチング装置とそれらの維持費は高価であり、廉価に作製することが困難であった。
【０００６】
（４）電極配線の多層化が困難なため、電極のチャンネル数増加に伴い刺入型柔軟神経電極の面積が大きくなる
上記（１）で説明したように、従来の作製方法では同一材料を異なる膜厚に加工するためには作製工程が複雑になることから、刺入型柔軟神経電極を任意の形状に形成すること、例えば、電極部及び配線部を多層化することは実際のところ困難である。そのため、電極のチャンネル数を多くしたい場合には刺入型柔軟神経電極の面積を大きくせざるを得なかった。
【０００７】
（５）刺入型柔軟神経電極の位置が脳組織内で安定するような機構が無く、使用中に位置ずれが生じる
従来の刺入型柔軟神経電極は、柔らかい脳組織の動きに追従できずに、生体組織を損傷させたり、計測または刺激対象である神経を死滅させたり、更には、計測または刺激可能範囲外への移動が誘引されることにより、安定した計測や刺激を行うことが困難であった。
【０００８】
（６）脳組織との細胞接着性が低いため、留置した刺入型柔軟神経電極周囲における脳組織の瘢痕と炎症を軽減することが困難である
従来の刺入型神経電極に用いられてきたシリコン、パリレン、ポリイミド等の絶縁材料は、その絶縁材料の硬さ如何にかかわらず細胞接着性が低く、生体の異物反応を促進するため、脳に留置した電極周囲に生じる瘢痕と炎症を軽減することが困難であった。
【０００９】
（７）刺入型柔軟神経電極の刺入により損傷した脳組織を回復する機構が無い
従来の刺入型柔軟神経電極は、刺入と留置により損傷した脳組織を回復させる機構を有していない。
【００１０】
本発明の目的は、廉価かつ容易に作製が可能であり、かつ、適切な設計と機構により上記の従来の問題点を解消可能な、刺入型柔軟神経電極およびその作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の刺入型柔軟神経電極は、感光性の柔軟絶縁材料からなる第１絶縁層と、感光性の柔軟絶縁材料からなる第２絶縁層と、第１絶縁層上に形成され、第２絶縁層に覆われた複数の電極配線とから構成される。それぞれの電極配線は、第２絶縁層から露出している電極部と露出していない配線部とからなり、第１絶縁層と第２絶縁層は、それぞれの外形の長手方向の一端が先細り形状であり、表面が親水性に改質され、複数の電極配線が存在しない部分に複数の共通の貫通穴を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の刺入型柔軟神経電極およびその作製方法により、刺入型柔軟神経電極を廉価かつ容易に作製することができ、かつ、従来の刺入型柔軟神経電極の問題点を解消することができるため、従来のものより長期間安定した計測と刺激が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
〔第１実施形態〕
本発明の刺入型柔軟神経電極１０の実施例について、上面図を図１（ａ）に、ｂ−ｂ断面図を図１（ｂ）に、ｃ−ｃ断面図を図１（ｃ）に示す。本発明の刺入型柔軟神経電極１０は、第１絶縁層１１と、第２絶縁層１２と、それぞれ電極部１４と配線部１５とからなる複数の電極配線１３と、複数の貫通穴１６と、から構成される。
【００１４】
第１絶縁層１１及び第２絶縁層１２は、同一の感光性の柔軟絶縁材料にて、図１に示すように同一の外形形状にて積層されている。刺入型柔軟神経電極１０は、神経束に刺し入れて使用するため、第１絶縁層１１及び第２絶縁層１２は神経束に刺し入れやすい外形形状、例えば長手方向の一端が先細りとなった形状を有する。第１絶縁層１１及び第２絶縁層１２の表面はアッシングやブラストにより親水性に改質されている。更に、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との間には複数の電極配線１３が挟み込まれており、図１（ａ）（ｂ）に示すように第１絶縁層１１及び第２絶縁層１２の電極配線１３が無い部分には複数の貫通穴１６が形成されている。
【００１５】
感光性の柔軟絶縁材料を適用することで、柔軟絶縁材料に直接、露光・現像処理を行うだけで柔軟絶縁材料を所定の形状に成型できるため、複雑なドライエッチング工程を省略できる。その結果、刺入型柔軟神経電極の作製工程が簡略化され容易に作製することが可能となる。なお、具体的な作製工程は後述する。また、ドライエッチング工程の省略により、ドライエッチング装置とその維持費も不要となるため、製造コストの低減も図ることができる。適用する感光性の絶縁材料としては、感光性ポリイミド、感光性ポリアミド、感光性ポリエステル、感光性ベンゾシクロブテン、感光性パリレン、感光性エポキシ、感光性アクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、加工の容易さと過去の使用実績が多いイミド系の材料である感光性ポリイミドを用いるのがより好ましい。
【００１６】
また、第１絶縁体１１及び第２絶縁体１２の表面は作製時点では疎水性であり細胞との接着性が良くないため、表面をアッシングやブラストにより改質することによって親水性を高めることで、刺入型柔軟神経電極１０と細胞との接着性を良くすることができる。その結果、生体の異物反応を抑制することができることに加え、脳へ留置した刺入型柔軟神経電極周囲に生じる瘢痕と炎症の軽減をでき、よって生体適合性を向上して長時間の安定した計測と刺激が実現できる。
【００１７】
更に、第１絶縁体１１及び第２絶縁体１２に複数の貫通穴１６を設けて刺入型柔軟神経電極１０を網目構造とすることにより、刺入型柔軟神経電極１０の脳への留置後、網目構造の空隙部に脳組織が侵入して脳組織と一体化し、脳組織の動きのずれによる損傷、計測又は刺激対象である神経の死滅、及び計測又は刺激可能範囲外への移動等を抑制することが可能となる。加えて貫通穴１６の空隙部に、損傷した脳組織を回復させるような薬剤を刺入前に固着させておくことで、刺入後に徐放された薬剤によって損傷した脳組織の回復促進を図ることができる。なお、このように薬剤を固着させても薬剤徐放後には再び空隙部となり、その結果上記のように脳組織が侵入するため、刺入型柔軟神経電極と脳組織との一体化は実現される。なお、貫通穴１６の数と大きさ・形状は刺入型柔軟神経電極１０が使用される場面ごとに要求される強度や剛性に応じて適宜設定すればよい。
【００１８】
電極配線１３は電極部１４と配線部１５とからなり、電極部１４は図１（ａ）（ｃ）に示すように、任意の形状にて第２絶縁層１２から露出され、ここで測定・刺激対象である神経と接触する。露出していない配線部１５は、他の配線と相互にショートしないように配置されている。電極の材料としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、タングステン（Ｗ）、スズ添加酸化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。これらの中でも、微細加工が容易で、導電性の高さと柔軟性を有する白金又は金がより好ましい。
【００１９】
＜作製方法＞
図２Ａ、図２Ｂに本発明の刺入型柔軟神経電極１０の作製工程を、図３にこのような作製工程を経て完成した刺入型柔軟神経電極１０の電極部１４の直径と電極インピーダンスとの関係をそれぞれ示す。以下、図２に従い作製工程を説明する。なお、図２は感光素材がネガタイプである場合で記しているが状況に応じポジタイプを用いても構わない。
【００２０】
Ｓ１：半導体又はガラス基板２１上に第１絶縁層１１を形成
Ｓ２：第１絶縁層１１の外形形状が描画されたマスク２７を用いて第１絶縁層１１を露光・現像し、第１絶縁層１１の形状を成型
Ｓ３：表面全面に金属層２２を形成
Ｓ４：表面全面にフォトレジスト層２３を形成
Ｓ５：電極配線１３の形状が描画されたマスク２４を用いてフォトレジスト層２３を露光・現像
Ｓ６：露光・現像により残存させたフォトレジスト層２３により金属層２２をエッチングして電極配線１３の形状を成型
Ｓ７：フォトレジスト層２３を除去
Ｓ８：表面全面に第２絶縁層１２を形成
Ｓ９：第２絶縁層１２の所定の形状が描画されたマスク２９を用いて第２絶縁層１２を露光・現像し、第２絶縁層１２の形状を成型
Ｓ１０：基板２１から完成物を剥離
【００２１】
以上のように、感光性の柔軟絶縁材料を用いることで、図６のＳ１０８〜Ｓ１１９に示すような複雑なドライエッチング工程を経ることなく、シンプルな製造工程で容易に刺入型柔軟神経電極を作製することができる。また、ドライエッチング工程を含まないことから、ドライエッチングの影響によるアライメントマークの変形が回避され、アライメント誤差を小さくすることができる。そのため、安定した微細加工による刺入型柔軟神経電極の作製が実現される。
【００２２】
このように作製された刺入型柔軟神経電極１０は、図３に示すように電極部１４の直径に相関して測定と刺激に適当な電極インピーダンスを有し、作製方法がシンプルであっても従来の作製方法と同等な性能を有する。
【００２３】
＜作製方法変形例＞
上記の刺入型柔軟神経電極作製方法を用いることによって、複数の刺入型柔軟神経電極を一体的にかつ立体的に形成することも可能となる。図４にその一例である３次元計測用多チャンネル刺入型柔軟神経電極３０を示す。まず、図４（ａ）に示すように複数の刺入型柔軟神経電極１０をそれぞれ、一端が解放された状態、他端が共通の基体部３１に連結された状態で、交互に対向するように、平面的にかつ一体的に形成する。そして、図４（ｂ）に示すように基体部３１の余白部位を折り曲げることにより、複数の刺入型柔軟神経電極１０が一体的に立ち上がり、３次元に電極が配置された３次元計測用多チャンネル刺入型柔軟神経電極３０を形成することができる。このような構成の多チャンネル刺入型柔軟神経電極により、３次元空間における計測が可能となるとともに、各刺入型柔軟神経電極の付け根が繋がっていることから、それぞれがばらばらになることなく、予定された配置及び電極間隔における計測を行うことが可能となる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
第１実施形態においては、電極部を含む電極配線が１層の場合について実施形態を明らかにしたが、感光性の柔軟絶縁材料を用いることにより、工程が大幅に減少し、またアライメントマーク変形による誤差の問題も考慮する必要がなくなることから、従来の方法では難しかった電極配線の多層化も容易に実現することができる。厚さが許容できる範囲内で多層化を行うことで、複数の電極配線の配線部の輻輳による面積増大を抑制することができるため、単位面積あたりの電極数を増やすことができ、同じ電極数であれば面積を小さくすることができる。そして、厚さとのトータルで容積を小さくできれば、脳組織への侵襲ダメージを従来のものより軽減することができる。なお、多層化しても、第１絶縁層以外は薄膜であり、測定・刺激対象と電極との密着性は高いため、測定や刺激への影響はほとんど無視できる。
【００２５】
＜作製方法＞
図５に電極配線が１層の刺入型柔軟神経電極を２層にする工程の例を示す。３層以上についても同様の工程を繰り返すことで実現可能である。以下、図５に従い電極配線が２層の刺入型柔軟神経電極５０の作製工程を説明する。
【００２６】
Ｓ５１：表面全面に金属層５１を形成
Ｓ５２：表面全面にフォトレジスト層５２を形成
Ｓ５３：２層目の電極配線５３及び１層目の電極部１４の所定の形状が描画されたマスク５４を用い、フォトレジスト層５２を露光・現像
Ｓ５４：残存させたフォトレジスト層５２により金属層５１をエッチングし、２層目の電極配線５３を形成
Ｓ５５：全面に２層目の第２絶縁層５５を形成
Ｓ５６：２層目の第２絶縁層５５の所定の形状（外形及び２層目の電極部５７）が描画されたマスク５６を用い、２層目の第２絶縁層５５を露光・現像
【産業上の利用可能性】
【００２７】
開頭手術において電極を脳の深部に刺し入れて電気的な刺激を与えたり、脳の電気的な活動を計測したりする作業を、安全かつ高精度に長期間行いたい場合に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態の刺入型柔軟神経電極１０の構成例を示す図
【図２Ａ】第１実施形態の刺入型柔軟神経電極１０の作製工程例を示す図（１／２）
【図２Ｂ】第１実施形態の刺入型柔軟神経電極１０の作製工程例を示す図（２／２）
【図３】第１実施形態の刺入型柔軟神経電極１０の電極部１４の直径と電極インピーダンスとの関係の例を示す図
【図４】第１実施形態の変形例である３次元計測用多チャンネル刺入型柔軟神経電極３０の構成例を示す図
【図５】第２実施形態の刺入型柔軟神経電極５０の作製工程例を示す図
【図６Ａ】従来の刺入型柔軟神経電極の作製工程例を示す図（１／３）
【図６Ｂ】従来の刺入型柔軟神経電極の作製工程例を示す図（２／３）
【図６Ｃ】従来の刺入型柔軟神経電極の作製工程例を示す図（３／３）
【図７】同一材料を２つの膜厚でエッチングを行う必要性を示す図
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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