(57)【要約】  【解決手段】  ＭＸｅｎｅ材料を含む電極、ならびに神経および他のモニタリング用途で開示電極を使用する関連方法が提供される。  【選択図】    図１４
2020534067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極であって、露出した接触表面を有する電極であって、前記露出した表面は接触材料を含み、前記接触材料はＭＸｅｎｅを含む、電極。
【請求項２】
請求項１記載の電極において、前記ＭＸｅｎｅは、Ｔｉ２Ｃ、Ｍｏ２Ｃ、およびＴｉ３Ｃ２からなるリストから選択される、電極。
【請求項３】
請求項１記載の電極において、前記露出した接触表面の幅が幅１００μｍ未満である、電極。
【請求項４】
請求項１記載の電極において、前記露出した接触表面の幅が幅５０μｍ未満である、電極。
【請求項５】
請求項１記載の電極において、前記露出した接触表面の幅が幅１０μｍ未満である、電極。
【請求項６】
請求項１記載の電極において、前記露出した接触表面の幅が幅１μｍ未満である、電極。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の電極において、前記露出した接触表面は、単一の神経線維を貫通するように形成される、電極。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の電極において、前記電極は、前記露出した接触表面に垂直に測定すると、前記電極が４００ｎｍの波長の光に少なくとも４０％透明である、電極。
【請求項９】
請求項８記載の電極において、前記電極は、前記露出した接触表面に垂直に測定すると、前記電極が４００ｎｍの波長の光に少なくとも９０％透明である、電極。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれかに記載の電極において、前記接触材料は、さらに、導電性ポリマーを有する、電極。
【請求項１１】
請求項１０記載の電極において、前記導電性ポリマーは、ポリチオフェンである、電極。
【請求項１２】
請求項１０記載の電極において、前記導電性ポリマーは、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリスチレンスルホネート、ポリアニリン、およびポリピロールからなるリストから選択される、電極。
【請求項１３】
請求項１〜１２いずれかに記載の電極において、前記電極は、神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する信号を監視するように構成される装置に組み込まれる、電極。
【請求項１４】
請求項１〜１３いずれかに記載の電極において、前記電極は、約６０キロオーム未満の１ｋＨｚでのインピーダンスを有するように特徴付けられる、電極。
【請求項１５】
請求項１〜１４いずれかに記載の電極において、前記電極は、比較電極のインピーダンスよりも少なくとも４０％低い１ｋＨｚでのインピーダンスを有するように特徴づけられ、前記比較電極は、前記電極の前記露出した接触表面と同じサイズおよび形状の接触表面を有し、かつ前記比較電極の前記接触表面は金からなる、電極。
【請求項１６】
請求項１５記載の電極において、前記電極は、前記比較金電極のインピーダンスよりも少なくとも７０％低い１ｋＨｚでのインピーダンスを有するように特徴付けられる、電極。
【請求項１７】
請求項１〜１６いずれかに記載の電極において、前記電極は、神経スパイクバンドの周波数で作動する時のバックグラウンドノイズの標準偏差が約５μＶｒｍｓ未満を有することを特徴とする、電極。
【請求項１８】
請求項１〜１７いずれかに記載の電極において、前記電極は、約１ｘ１０−１未満の正規化されたパワースペクトル密度において平均６０Ｈｚノイズピークの大きさを有することを特徴とする、電極。
【請求項１９】
方法であって、
神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する１またはそれ以上の信号を監視する工程に関連して請求項１〜１８いずれかに記載の電極を使用する工程を含む方法。
【請求項２０】
方法であって、
神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する１またはそれ以上の信号の監視を実行するように構成される装置の中に請求項１〜１８いずれかに記載の電極を組み込む工程を含む方法。
【請求項２１】
装置であって、複数の電極を含み、前記複数の電極のそれぞれは、露出した接触表面を含み、前記露出した表面は接触材料を含み、前記接触材料はＭＸｅｎｅを含む、装置。
【請求項２２】
露出した接触表面を含む電極を含む装置を被験者に埋め込む工程を含む方法であって、前記露出した接触表面はＭＸｅｎｅを含む接触材料を有する、方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、前記装置は、前記複数の電極を含み、各電極は、露出した接触表面を含み、前記露出した表面は接触材料を含み、前記接触材料はＭＸｅｎｅを含む、方法。
【請求項２４】
暴露した接触表面を有する少なくとも一つの電極を用いて被験者から生理学的信号を収集する工程を含む方法であって、前記少なくとも一つの電極は暴露した接触上面を有し、前記暴露した接触表面はＭＸｅｎｅを含む接触材料を含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、さらに、前記被験者内で複数の位置からの生理学的信号を収集する工程を有する、方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法において、前記収集する工程は、複数の電極で実行され、各電極は暴露した接触表面を含み、前記暴露した接触表面はＭＸｅｎｅを含む接触材料を含む、方法。
【請求項２７】
暴露した接触表面を含む電極を用いて被験者に電気刺激を送達する工程を含む方法であって、前記暴露した接触表面はＭＸｅｎｅを含む接触材料を含む、方法。
【請求項２８】
請求項２６記載の方法であって、前記伝達する工程は、複数の電極で実行され、各電極は暴露した接触表面を含み、前記暴露した接触表面は接触材料を含み、前記接触材料はＭＸｅｎｅを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年９月１５日に出願された「２Ｄ金属炭化物および窒化物（ＭＸｅｎｅｓ）を使用する埋め込み型装置」という名称の米国仮出願第６２／５５９、３１５号の利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
この開示は、生体組織の電気的感知および刺激のための電極に関する。
【背景技術】
【０００３】
身体の電気的活動を記録および刺激するための従来の埋め込み型装置は、プラチナ、イリジウム、ステンレス鋼などの材料を使用して、金属ベースのコンポーネントで製造される。ただし、このような金属は、生体組織の電気的、機械的、化学的特性と上手く一致せず、瘢痕、炎症、劣化、疲労など、これらの装置の長期的な埋め込みと機能にいくつかの問題を引き起こす。
【０００４】
さらに、金属の電気化学インピーダンスおよび電荷蓄積容量は、典型的には、良質の記録および刺激性能を達成するには不十分である。例えば、現在神経インターフェースに使用されるほとんどの導電性材料は、特定の目的で望ましいまたは許容可能な範囲よりもかなり高いインピーダンスを持つマイクロスケール電極をもたらす。インピーダンスが高いと、ノイズの干渉が大きくなり、個々のニューロンからの信号を解決するための信号対雑音比（ＳＮＲ）が不十分になる。
【０００５】
金属ベースの電極の電気化学特性を改善するには、通常、電極のサイズと侵襲性を大きくするか、適切な電気化学特性を達成するために金属または電気活性ポリマーコーティングを追加する必要がある。この追加のコーティング層は、組織の電極の劣化によって引き起こされる有害な毒性作用のリスクを高めるなど、安全性の問題を引き起こす。さらに、金属は光学的に不透明であり、光学刺激モダリティに干渉する。これは、マルチモーダル光電子装置の開発にとって主要な障害である。したがって、改善された電極装置、特に神経活動を監視するように構成されたそのような装置に対して、当技術分野では長い間感じられてきたニーズがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の必要性を満たすために、本開示は、露出した接触表面を含む電極を提供し、露出した表面は、接触材料を含み、接触材料は、ＭＸｅｎｅを含む。
【０００７】
本開示はまた、神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する１つ以上の信号を監視することに関連して、本開示による電極を使用することを含む方法を提供する。
【０００８】
さらに、本開示による電極を、神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する１つまたは複数の信号を監視および刺激するように構成される装置に組み込むことを含む方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、ＭＸｅｎｅ材料を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、二次元（２Ｄ）ＭＸｅｎｅ格子を示す。
【図２】図２は、金属電極を説明する。
【図３】図３は、ＭＸｅｎｅ電極の試験を示す。
【図４】図４は、ＭＸｅｎｅ電極を作成するための例示的なプロセスを示す。
【図５Ａ】図５Ａおよび５Ｂは、例示的なプロトタイプ装置の写真である。
【図５Ｂ】図５Ａおよび５Ｂは、例示的なプロトタイプ装置の写真である。
【図６Ａ】図６Ａおよび６Ｂは、例示的なプロトタイプ装置の電気化学的特徴付けの例示的な結果を示す。図６Ａと６Ｂは、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）の定電位ＥＩＳを示し、これは、イオン濃度と導電率が脳脊髄液（ＣＳＦ）と類似する。測定は、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極、グラファイトロッドカウンター電極、および２０ｍＶｒｍｓ励起の３電極構成で行われた。
【図６Ｂ】図６Ａおよび６Ｂは、例示的なプロトタイプ装置の電気化学的特徴付けの例示的な結果を示す。図６Ａと６Ｂは、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）の定電位ＥＩＳを示し、これは、イオン濃度と導電率が脳脊髄液（ＣＳＦ）と類似する。測定は、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極、グラファイトロッドカウンター電極、および２０ｍＶｒｍｓ励起の３電極構成で行われた。
【図７】図７は、例示的な装置のインピーダンス試験結果を示す。
【図８Ａ】図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、例示的なプロトタイプ装置で得られたデータの時間および周波数のチャートを示す。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、麻酔したラットでｉｎ  ｖｉｖｏで記録されたＬＦＰを示す。パワースペクトル密度は、ケタミン−デクスメトミジン麻酔下のラットに予想される、遅い（〜１−２Ｈｚ）およびガンマ（〜４０−７０Ｈｚ）振動出力を示す。
【図８Ｂ】図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、例示的なプロトタイプ装置で得られたデータの時間および周波数のチャートを示す。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、麻酔したラットでｉｎ  ｖｉｖｏで記録されたＬＦＰを示す。パワースペクトル密度は、ケタミン−デクスメトミジン麻酔下のラットに予想される、遅い（〜１−２Ｈｚ）およびガンマ（〜４０−７０Ｈｚ）振動出力を示す。
【図８Ｃ】図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、例示的なプロトタイプ装置で得られたデータの時間および周波数のチャートを示す。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、麻酔したラットでｉｎ  ｖｉｖｏで記録されたＬＦＰを示す。パワースペクトル密度は、ケタミン−デクスメトミジン麻酔下のラットに予想される、遅い（〜１−２Ｈｚ）およびガンマ（〜４０−７０Ｈｚ）振動出力を示す。
【図９】例示的な装置のスパイク帯域ノイズ比較を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃは、ＭＸｅｎｅおよび他の装置の６０Ｈｚノイズを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃは、ＭＸｅｎｅおよび他の装置の６０Ｈｚノイズを示す。
【図１０Ｃ】図１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃは、ＭＸｅｎｅおよび他の装置の６０Ｈｚノイズを示す。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは、例示的な透明なＭＸｅｎｅ神経センサーを示す。
【図１２Ａ】図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、例示的なＭＸｅｎｅ電極の写真である。
【図１２Ｂ】図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、例示的なＭＸｅｎｅ電極の写真である。
【図１２Ｃ】図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、例示的なＭＸｅｎｅ電極の写真である。
【図１３Ａ】図１３Ａおよび１３Ｂは、例示的な深度電極のインピーダンス特性のグラフである。
【図１３Ｂ】図１３Ａおよび１３Ｂは、例示的な深度電極のインピーダンス特性のグラフである。
【図１４】図１４は、例示的な電極を使用した生体内記録を説明する。
【図１５Ａ】図１５Ａおよび１５Ｂは、例の電極で作成されたスパイクバンドでの記録を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ａおよび１５Ｂは、例の電極で作成されたスパイクバンドでの記録を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合は、定義を含む本文書が優先される。好ましい方法および材料を以下に記載するが、本明細書に記載されているものと同様または同等の方法および材料を実際または試験で使用することができる。本明細書で言及されるすべての出版物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、参照によりその全体が組み込まれる。本明細書に開示されている材料、方法、および例は、単なる例示であり、限定することを意図するものではない。
【００１１】
単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、「含む」という用語は、「からなる」および「本質的にからなる」実施形態を含み得る。本明細書で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「できる（ｃａｎ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、およびそれらの変形は、本明細書で使用される場合、指定された成分／工程の存在を要する、および他の成分/工程の存在を許可する、制限のない過渡的な句、用語、または単語であることを意図する。ただし、そのような説明は、列挙された成分／工程から「からなる」および「本質的にからなる」ものとして組成物またはプロセスを説明するものとして解釈されるべきであり、指定された成分／工程のみ、およびそこから生じる可能性のある不純物とともに存在することを可能にし、その結果、他の成分／工程を除外することにもなり得る。本明細書で使用される用語は、特定の態様を説明することのみを目的とし、限定することを意図するものではないことを理解されたい。本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、「含む」という用語は、「からなる」および「本質的にからなる」実施形態を含むことができる。他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書およびそれに続く特許請求の範囲では、本明細書で定義されるいくつかの用語が参照される。
【００１２】
本出願の明細書および特許請求の範囲の数値は、特にそれらがポリマーまたはポリマー組成物に関する場合、異なる特性の個々のポリマーを含み得る組成物の平均値を反映する。さらに、反対に示されない限り、数値は、有効数字の同じ数に換算されたときに同じである数値、および値を決定するために、本出願に記載されているタイプの従来の測定技術の実験誤差未満で、記載された値と異なる数値である数値が含まれることを理解されるべきである。
【００１３】
本明細書に開示されるすべての範囲は、列挙されたエンドポイントを含み、独立して組み合わせることができる（例えば、「２グラム（ｇ）から１０グラムまで」の範囲は、エンドポイント、２グラムおよび１０グラムを含み、すべての中間値が含まれる）。本明細書に開示される範囲および任意の値の終点は、正確な範囲または値に限定されない。これらは、これらの範囲および／または値に近い値を含めるには十分に不正確である。
【００１４】
本明細書で使用されるように、それが関連する基本機能に変化をもたらすことなく変化し得る任意の定量的表現を修正するために、近似言語が適用され得る。したがって、「約」および「実質的に」などの用語によって変更された値は、場合によっては、指定された正確な値に限定されない場合がある。少なくともいくつかの例では、近似言語は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。修飾子「約（ａｂｏｕｔ）」は、２つのエンドポイントの絶対値によって定義された範囲を開示するとも見なされる。例えば、「約２〜約４」という表現は、「２〜４」の範囲も開示する。「約」という用語は、示された数のプラスまたはマイナス１０％を指し得る。例えば、「約１０％」は９％〜１１％の範囲を示し得、そして「約１」は０．９〜１．１を意味し得る。「約」の他の意味は、四捨五入などの文脈から明らかになる可能性があるため、例えば、「約１」は、０．５〜１．４を意味する場合もある。
【００１５】
ＭＸｅｎｅｓベースの導電性要素を含む電極および他の装置は、生きている被験者の体内への埋め込みまたは体の外側への配置のために作成されても良い。ＭＸｅｎｅは、Ｔｉ２Ｃ、Ｍｏ２Ｃ、Ｔｉ３Ｃ２などの２次元金属炭化物と窒化物のファミリーであ理、その内容が参照によりその全体が本明細書に組み入れられる、２０１４年６月１２日に公開された「自立型二次元ナノ結晶を含む組成物」と題された米国公開特許出願ＵＳ２０１４／０１６２１３０（Ｂａｒｓｏｕｍら）を参照のこと。適切なＭＸｅｎｅ材料は、例えば、２０１２年１２月１２日に公開された「自立型二次元ナノ結晶を含む組成物」という名称の国際公報ＷＯ２０１２１７７７１２Ａ１（Ｂａｒｓｏｕｍ，ｅｔ  ａｌ．）にも記載される。２０１６年３月３１日に公開された「新規の電気的および光学的特性を示すＭＸｅｎｅ材料の物理的形態」という名称の国際公報ＷＯ２０１６０４９１０９Ａ２（Ｇｈｉｄｕ，ｅｔ  ａｌ．）、２０１４年６月１２日に公開された「自立型二次元ナノ結晶を含む組成物」という名称のＷＯ２０１４０８８９９５Ａ１（Ｂａｒｓｏｕｍ，  ｅｔ  ａｌ．）、「２次元の秩序化された二重遷移金属炭化物［．．．］」という名称の２０１７年１月１９日公開されたＷＯ２０１７０１１０４４Ａ２（Ｂａｒｓｏｕｍ、ｅｔ  ａｌ．）、２０１６年９月９日に公開された「ナノアミノ化２−２−１最大相組成物」という名称の国際公報ＷＯ２０１６１４０９４８Ａ１（Ｂａｒｓｏｕｍ，ｅｔ  ａｌ．）、およびその内容が参照により本明細書に組み入れられる。
【００１６】
ＭＸｅｎｅは、遷移金属の炭化物に由来し得、そして２Ｄナノ材料などのナノ材料の形態をとり得る。例えば、ＭＸｅｎｅは、水溶液からグラフェンなどの他の２Ｄ材料を超える導電率を持つ光学的に透明な薄膜に組み立てることができる。
【００１７】
ここで「電極」という用語は、電気信号を受信または送信するために使用される装置に身体を接続するトランスデューサを指す。これらの電極は、電気的および／または化学的または生物学的センシングおよび刺激の他のアプリケーションに加えて、中枢、末梢神経および神経筋システムの神経電極、心臓リズム管理システムの電極など、いくつかのアプリケーションで使用できる。
【００１８】
ＭＸｅｎｅは、導電率、強度、柔軟性、および体積静電容量（例えば、１５００Ｆ／ｃｍ３）の独特の組み合わせを提供する新しい種類の材料である。Ｌｕｋａｔｓｋａｙａ，Ｍ．Ｒ．ｅｔ  ａｌを参照。二次元遷移金属炭化物における超高速擬容量エネルギー貯蔵Ｎａｔｕｒｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  ６、１７１０５（２０１７）、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。さらに、処理パラメーターを変えることにより、ＭＸｅｎｅの光透過性４００ｎｍを超える波長で９０％以上に調整できる。マイクロスケールの粗さと大容量の組み合わせのおかげで、１ｋＨｚで測定されたＭＸｅｎｅ神経センサーの電気化学インピーダンスは、同じサイズの金電極のそれよりも少なくとも４倍小さい。生体内の神経信号の記録に使用すると、電気化学インピーダンスのこの減少により、電気干渉（金電極に比べて４００倍以上の減少）と電極自体の電子ノイズ（金より５０％少ない）によるラインノイズが大幅に抑制される。）。
【００１９】
高解像度、低ノイズ、低侵襲性の電極および装置用の生体材料としてのＭＸｅｎｅの使用は、ペースメーカー電極、深部脳刺激（ＤＢＳ）電極、ＢＭＩ（脳機械インターフェース）電極、頭蓋内ＥＥＧ電極、およびユタ型アレイやミシガン型アレイなどの皮質内電極アレイなどを含むさまざまな装置での用途を見つけることができる。それらはまた、末梢神経、筋肉および他の器官ならびに電気化学的に活性な組織とインターフェースするための生体電子装置のために全身にわたって使用され得る。電極は、脳刺激（例：パーキンソン病、本態性振戦、強迫性障害、ジストニア、てんかん）や筋肉や末梢神経の刺激（例：慢性疼痛、胃不全麻痺、腸の失禁、過活動膀胱、尿閉、および重度の痙性）を含む電気生理学的研究および臨床機能治療に使用できる。
【００２０】
以下は、例示的な開示のみを提供し、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲を限定しない。
【実施例１】
【００２１】
神経信号を記録するためのプロトタイプ多電極センサーが作成され、テストされた。センサーは、それぞれ５０μｍｘ５０μｍのサイズの９つの電極接点で構成される。センサーは、絶縁ポリマー層と金属トレースの物理蒸着、フォトリソグラフィと金属トレースをパターン化するためのリフトオフ、ＭＸｅｎｅパターンを形成するためのドライリフトオフ技術、上部ポリマー層に装置の外形と電極開口部を形成するための酸素プラズマ反応性イオンエッチングを含む微細加工技術を使用して製造された。
【００２２】
電気化学インピーダンス分光法は、ポテンシオスタットを使用して行われ、その測定により、ＭＸｅｎｅ電極について４８±３５ｋキロオームの１ｋＨｚインピーダンスが明らかになり、この値は、２００±１００キロオームの平均１ｋＨｚのインピーダンスの大きさを有する同じ寸法の金電極から大幅に減少したものである。ＭＸｅｎｅ電極は、露出した皮質に配置された麻酔ラットで生体内でテストされた。センサーは、９つの電極チャネルすべてでラットの脳からの生理学的信号を正常に記録した。ｉｎ  ｖｉｖｏデータの分析では、同じサイズの金電極と比較した場合、ベースラインノイズが大幅に減少し、ＭＸｅｎｅ電極のベースラインノイズレベルは、同等の金電極の６．６μＶｒｍｓと比較して３．７μＶｒｍｓだった。
【００２３】
透明性
ＭＸｅｎｅフィルムの透明性は、ＵＶ／可視波長範囲での分光法によって検証される。薄い（５−３０ｎｍ）ＭＸｅｎｅフィルムは、３５０＜ラムダ＜５５０ｎｍの範囲で５０％を超える透明度を持つ。これは、神経生理学研究（つまり、カルシウムイメージングや光遺伝学、ラムダ＜４９０ｎｍ）および可視光（ラムダ＝５５０ｎｍ）。具体的には、５ｎｍの厚さのフィルムは、３５０＜ラムダ＜５５０ｎｍの範囲で９０％を超える透明度を持つ、つまり、実質的に完全に透明である。
【００２４】
ＭＸｅｎｅフィルムの導電率は、同じ透明度を有するグラフェンフィルムのそれより約２倍であり、これは、電極の導電率が記録中のノイズレベルに著しく影響を及ぼし得る神経生理学的用途にとっての主要な利点である。
【００２５】
柔軟性
ＭＸｅｎｅ電極の柔軟性は、ｋ＝ＥＩのように計算される曲げ弾性率で定量化することができ、ここで、Ｅはヤング率であり、Ｉは断面二次モーメントである。長方形の断面Ｉ＝ｗｔ３を有するプローブの場合、ｗは幅、ｔは厚さである。したがって、曲げ剛性は、プローブの引張特性と幾何特性の両方の関数である。
【００２６】
例えば、ＭＸｅｎｅフィルムを有する電極の場合、それは、約２００〜３００ｎｍであり、これは、パリレン基板およびカプセル化層の合計厚さの約２％であり得る。したがって、総曲げ剛性は、パリレン構造の形状と引張特性によって制御されると仮定するのが妥当である。１つの例示的なプロトタイプの場合、電極の深さｗ＝４０５ミクロン、ｔ＝１０ミクロン、
2020534067.tif 000003
これは現在使用されているシリコンおよび金属の微小電極の曲げ剛性および動物研究と人間の脳とコンピューターのインターフェースの移植より１５０〜１０００小さい。
【００２７】
バリエーション
ＭＸｅｎｅは、下に金属層がなくても、電極材料として直接使用することができる。例えば、ＭＸｅｎｅフィルムは、プリント回路基板に接続するための導体として使用される金トレースと接触し、それによってデータ取得システムに接触する。金は電極の接触表面で露出する必要はないが、金がＭＸｅｎｅと組織の界面での電極の性能に寄与しないように、パリレンカプセル化層の下にのみ見つかる場合がある。
【００２８】
電極の寸法は、意図される用途に応じて大きく異なり得る。選択されたサイズは、例えば、特定の用途、記録場所、および記録された信号の帯域幅による。個々のニューロン活動電位（１−１０ミリ秒、１０−１００ミクロン）の時空間スケールでの高解像度、高信号対ノイズ比（ＳＮＲ）神経記録の場合、電極のサイズはニューロン本体（〜１５〜３０ミクロン）のサイズに匹敵する可能性があり、例えば、電極インターフェースのインピーダンスは、１ｋＨｚの基準周波数で〜２００〜６００キロオームの範囲にある。
【００２９】
電子ビームリソグラフィーなどの微細加工およびナノ加工技術は、例えば、電極の本体内に、サブミクロンスケールの特徴の作成を可能にし、または表面積または、例えば、生きている構造物への機械的結合を増強するために電極本体からの突起を把持／巻き取ることが可能である。
【００３０】
電極は、ＭＸｅｎおよび導電性ポリマーを含む複合材料から作製され得る。例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）およびポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリピロール（ＰＰＹ）および類似の材料などのポリチオフェンを使用して複合材料を形成できる。
【００３１】
追加の開示は、添付の付録にあり、これらの付録は、この開示の一部であり、ありとあらゆる目的のためにそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【００３２】
例示的な実施形態
実施形態１：露出した接触表面を含む電極であって、前記露出した表面は接触材料を含み、前記接触材料はＭＸｅｎｅを含む。
【００３３】
実施形態２：実施形態１の電極において、前記ＭＸｅｎｅは、例えばＴｉ２Ｃ、Ｍｏ２Ｃ、およびＴｉ３Ｃ２などのＭＸｅｎｅファミリーから選択される。
【００３４】
実施形態３：実施形態１の電極において、前記露出した接触表面の幅は、幅約１００μｍ未満である。
【００３５】
実施形態４：実施形態１の電極において、前記露出した接触表面の幅は、幅約５０μｍ未満である。
【００３６】
実施形態５：実施形態１の電極において、前記露出した接触表面の幅は、幅約１０μｍ未満である。
【００３７】
実施形態６：実施形態１の電極において、前記露出した接触表面の幅は、幅約１μｍ未満である。
【００３８】
実施形態７：実施形態１〜６のいずれか記載の電極において、前記露出した接触表面が単一の神経線維を貫通するように形成される。
【００３９】
実施形態８：実施形態１〜７のいずれか記載の電極において、前記露出した接触表面に対して垂直に測定すると、電極が約４００ｎｍの波長の光に対して少なくとも約４０％透明である。
【００４０】
実施形態９：実施形態８の電極において、前記露出した接触表面に対して垂直に測定すると、電極が約４００ｎｍの波長の光に対して少なくとも約９０％透明である。
【００４１】
実施形態１０：実施形態１〜９いずれかに記載の電極において、接触材料が導電性ポリマーをさらに含む。
【００４２】
実施形態１１：実施形態１０の電極において、導電性ポリマーがポリチオフェンを含む。
【００４３】
実施形態１２：実施形態１０の電極において、導電性ポリマーが、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリスチレンスルホネート、ポリアニリン、およびポリピロールからなるリストから選択される。
【００４４】
実施形態１３：実施形態１〜１２いずれかに記載の電極において、前記電極は、神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する信号を監視するように構成される装置に組み込まれる。
【００４５】
実施形態１４：実施形態１〜１３いずれかに記載の電極において、前記電極は、約６０キロオーム未満の平均１ｋＨｚ｜Ｚ｜を有するものとして特徴付けられる。
【００４６】
実施形態１５：実施形態１〜１４いずれかに記載の電極において、前記電極は、１ｋＨｚで、ＭＸｅｎｅを含まないかまたは本質的に含まない比較金電極のインピーダンスの約５０％未満であるインピーダンスを有すると特徴付けられる。
【００４７】
実施形態１６：実施形態１５の電極において、電極は、１ｋＨｚで、ＭＸｅｎｅを含まないかまたは本質的に含まない比較金電極のインピーダンスの約２５％未満であるインピーダンスを有すると特徴付けられる。
【００４８】
実施形態１７：実施形態１〜１６いずれかに記載の電極において、神経スパイクバンドの周波数で作動する時のバックグラウンドノイズの標準偏差が約５μＶｒｍｓ未満を有すると特徴付けられる。
【００４９】
実施形態１８：実施形態１〜１７いずれかに記載の電極において、電極は、約１×１０−１未満の正規化されたパワースペクトル密度において平均６０Ｈｚのノイズピークの大きさを有すると特徴付けられる。
【００５０】
実施形態１９：神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する１または複数の信号を監視することに関連して実施形態１〜１８いずれかに記載の電極を使用することを含む方法。
【００５１】
実施形態２０：実施形態１〜１９いずれかに記載の電極を、神経活動、筋肉活動、心臓活動、またはそれらの組み合わせに関連する１つまたは複数の信号の監視を実行するように構成される装置に組み込むことを含む方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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