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JP4878633B2 - Flexible nerve probe - Google Patents
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

本発明は生体内の神経系を流れる微弱電気信号の計測や神経系への微弱電気信号入力を行うプローブに関し、特にフレキシブルな基板を用いた多チャンネルのプローブに関するものである。   The present invention relates to a probe for measuring a weak electrical signal flowing through a nervous system in a living body and inputting a weak electrical signal to the nervous system, and more particularly to a multi-channel probe using a flexible substrate.

脳や神経束のような柔軟な生体組織に電極針を挿入し、神経系の情報の計測や神経系への情報入力を行うプローブは、米国ユタ大学のR.A.Normanにより発表されている(非特許文献1参照)。この神経電極はシリコン基板上に多数のシリコン製の電極針が一体に植設されたもので、外観が剣山に類似しているため、ユタ剣山型電極として知られている。また、米国ミシガン大学のK.D.Wiseによっても、シリコン基板に基板とは別に設けられた多数のプローブを組み合わせた剣山電極が発表されている(非特許文献2参照)。   A probe that inserts an electrode needle into a flexible biological tissue such as the brain or nerve bundle and measures information on the nervous system and inputs information to the nervous system is a probe of R.U. A. Published by Norman (see Non-Patent Document 1). This nerve electrode is known as a Utah sword mountain type electrode because it has a large number of silicon electrode needles integrally planted on a silicon substrate, and has an appearance similar to that of sword mountain. Also, K.D.Wise of the University of Michigan in the United States has announced a Kenyama electrode in which a large number of probes provided separately from a substrate are combined on a silicon substrate (see Non-Patent Document 2).

また、複数のフレキシブルな電極針を有するプローブも公表されている(非特許文献3参照)。   In addition, a probe having a plurality of flexible electrode needles has been published (see Non-Patent Document 3).

IEEE トランザクションズ オン バイオメディカル エンジニアリング 第38巻、第8号 1991年 (第758−768頁、 第7図)IEEE Transactions on Biomedical Engineering Vol.38, No.8, 1991 (p. 758-768, Fig. 7) IEEE トランザクションズ オン バイオメディカル エンジニアリング 第41巻、第12号 1994年 (第1136−1146頁、 第2図)IEEE Transactions on Biomedical Engineering Vol. 41, No. 12 1994 (1136 to 1146, Fig. 2) IEEE プロシーディング オブ ザ 14ス インターナショナルコンファレンス オン マイクロ エレクトロ メカニカル システムズ(Proceeding of the 14th IEEE International Conference on Micro Mechanical Systems) 予稿(第216−219頁、 第4図)IEEE Proceeding of the 14th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Proceeding of the 14th IEEE International Conference on Micro Mechanical Systems) Proceedings (pages 216-219, Fig. 4)

しかしながら、これらのプローブはシリコン等の固い材料で構成された基板に同じくシリコン等の固い材料で構成された電極針が植設されているため、脳や神経束などの柔軟な生体組織に電極針を刺入し埋め込んだ場合、生体部位の形状に整合できずまたその動きに追従できないため、電極針の計測点と対象神経組織との位置合わせが困難であるばかりでなく、生体組織を損傷し、あるいは長期にわたり安定な計測や刺激ができないという問題があった。   However, since these probes have an electrode needle made of a hard material such as silicon on a substrate made of a hard material such as silicon, the electrode needle is attached to a flexible living tissue such as a brain or a nerve bundle. When the needle is inserted and embedded, it cannot be matched to the shape of the living body part and cannot follow the movement, so that it is difficult not only to align the measurement point of the electrode needle with the target nerve tissue but also to damage the living tissue. Or, there was a problem that stable measurement and stimulation could not be performed for a long time.

また、フレキシブルな電極を有するプローブは、3次元的な計測ができないという問題があった。   Moreover, the probe having a flexible electrode has a problem that three-dimensional measurement cannot be performed.

さらにまた、従来のプローブには、電極針先端部に複数個の計測点を配置して神経組織内の三次元的な計測や刺激を可能とするものも知られているが、その製造方法が煩雑であり、工業的な生産に適していなかった。   Furthermore, some conventional probes are known in which a plurality of measurement points are arranged at the tip of the electrode needle to enable three-dimensional measurement and stimulation in the nerve tissue. It was cumbersome and not suitable for industrial production.

したがって本発明は、上記従来の神経電極の問題点を改良し、フレキシブルな基板を備え、3次元的な神経組織の計測を可能とするとともに、その製造が容易な多チャンネル型フレキシブル神経プローブを提供することを目的とするものである。   Accordingly, the present invention provides a multichannel flexible neuroprobe that improves the above-described problems of the conventional nerve electrode, includes a flexible substrate, enables three-dimensional measurement of nerve tissue, and is easy to manufacture. It is intended to do.

本発明の多チャンネル型フレキシブル神経プローブは、ポリパラキシリレン系ポリマーからなる一対のフレキシブルな絶縁基板間に挟持され、これらの絶縁基板面に対して所定の角度で立設された複数のプローブ導体により形成されたプローブ電極と、このプローブ電極の前記絶縁基板面側の端部に接続され、同じくポリパラキシリレン系ポリマーからなる一対のフレキシブルな絶縁基板間に挟持された電気的配線と、前記プローブ電極を形成する複数のプローブ導体の異なる位置において、前記プローブ導体を挟持する絶縁基板にスルーホールを設けることにより前記各プローブ導体の一部を露出するように形成された記録パッドと、を備えることを特徴とするものである。 The multichannel flexible neuroprobe of the present invention is sandwiched between a pair of flexible insulating substrates made of a polyparaxylylene polymer, and a plurality of probe conductors erected at a predetermined angle with respect to the surfaces of these insulating substrates. A probe electrode formed by the above, and an electrical wiring connected to an end portion of the probe electrode on the insulating substrate surface side and sandwiched between a pair of flexible insulating substrates that are also made of polyparaxylylene polymer, and A recording pad formed so as to expose a part of each probe conductor by providing a through hole in an insulating substrate that sandwiches the probe conductor at different positions of a plurality of probe conductors forming a probe electrode. It is characterized by this.

さらに、本発明の多チャンネル型フレキシブル神経プローブにおいては、前記プローブ電極は、前記フレキシブルな絶縁基板上に、複数本設けられていることを特徴とするものである。   Furthermore, in the multichannel flexible neuroprobe of the present invention, a plurality of the probe electrodes are provided on the flexible insulating substrate.

本発明によれば、フレキシブルな基板を備え、3次元的な神経組織の計測を可能とする製造容易な多チャンネル型フレキシブル神経プローブを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an easy-to-manufacture multi-channel flexible nerve probe that includes a flexible substrate and enables measurement of a three-dimensional nerve tissue.

本発明の多チャンネル型フレキシブル神経プローブの要部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part structure of the multichannel type flexible nerve probe of this invention. 図2は図1の一部を拡大して示す平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view showing a part of FIG. 図1に示す多チャンネル型フレキシブル神経プローブの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the multichannel type flexible nerve probe shown in FIG. 図1に示す多チャンネル型フレキシブル神経プローブの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the multichannel type flexible nerve probe shown in FIG. 図1に示す多チャンネル型フレキシブル神経プローブの製造方法を示す工程図であり、どうず(h)は、磁界Hの強さを変化させたときのプローブ電極の曲げ角度の変化を測定した結果を示すグラフである。It is process drawing which shows the manufacturing method of the multichannel type flexible nerve probe shown in FIG. 1, and (h) shows the result of having measured the change of the bending angle of the probe electrode when the intensity | strength of the magnetic field H is changed. It is a graph. 製造された多チャンネル型フレキシブル神経プローブの全体の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the manufactured multichannel type flexible nerve probe. 図1に示す多チャンネル型フレキシブル神経プローブの他の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the other manufacturing method of the multichannel type flexible nerve probe shown in FIG.

以下本発明の多チャンネル型フレキシブル神経プローブの実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the multi-channel flexible nerve probe of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の多チャンネル型フレキシブル神経プローブの要部構造を示す斜視図であり、図2はその一部を拡大して示す平面図である。図1に示すように、帯状のフレキシブルな絶縁基板11の端部に基板面に垂直な方向に複数本たとえば6本の板状のプローブ電極12が形成されている。フレキシブルな絶縁基板11は例えば厚さが10ミクロン程度のポリイミド薄膜により構成されている。板状のプローブ電極12は図2に示されるように、先端が尖った細長い板状のフレキシブルな絶縁基板11−1内に、その長手方向に沿って3本の配線導体13、14、15がほぼ平行に配置されている。ここで、フレキシブルな絶縁基板11−1は、絶縁基板11の一部を切離することにより形成している。そして、3本のプローブ導体13、14、15は、板状のプローブ電極12の長手方向に沿って平行に配置され、それらの先端が異なる位置において終端している。そして、それぞれの先端部には生体中の神経情報を授受するための記録パッド13−1、14−1、15−1が形成されている。これらの記録パッド13−1、14−1、15−1は、絶縁基板11−1を構成するポリイミド薄膜に形成された微小なスルーホールであり、これらのスルーホールを介して3本のプローブ導体13、14、15の一部が露出されている。また、3本のプローブ導体13、14、15にはそれぞれ電気的配線16が接続され、これらの配線16は帯状のフレキシブルな絶縁基板11上において前記プローブ12が形成されている端部と反対側の端部に向かって延長されている。   FIG. 1 is a perspective view showing a main part structure of a multi-channel type flexible nerve probe of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing an enlarged part thereof. As shown in FIG. 1, a plurality of, for example, six plate-like probe electrodes 12 are formed in the direction perpendicular to the substrate surface at the end of a strip-like flexible insulating substrate 11. The flexible insulating substrate 11 is made of, for example, a polyimide thin film having a thickness of about 10 microns. As shown in FIG. 2, the plate-like probe electrode 12 has three wiring conductors 13, 14, and 15 along the longitudinal direction in an elongated plate-like flexible insulating substrate 11-1 with a sharp tip. They are arranged almost in parallel. Here, the flexible insulating substrate 11-1 is formed by separating a part of the insulating substrate 11. The three probe conductors 13, 14, and 15 are arranged in parallel along the longitudinal direction of the plate-like probe electrode 12, and their tips end at different positions. In addition, recording pads 13-1, 14-1, and 15-1 for transmitting and receiving nerve information in the living body are formed at the respective distal end portions. These recording pads 13-1, 14-1, and 15-1 are minute through holes formed in the polyimide thin film constituting the insulating substrate 11-1, and three probe conductors are formed through these through holes. A part of 13, 14, 15 is exposed. Further, electrical wirings 16 are connected to the three probe conductors 13, 14, and 15, respectively, and these wirings 16 are opposite to the end portions on which the probes 12 are formed on the strip-shaped flexible insulating substrate 11. It is extended toward the end of the.

このように本発明の一実施形態に係る多チャンネル型フレキシブル神経プローブは、フレキシブルな絶縁基板11上に複数本のプローブ12が垂直方向に形成されるとともに、各プローブ12はその長手方向において異なる高さの位置に複数の信号検出・記録用の記録パッド13−1、14−1、15−1が形成されている。このため、この多チャンネル型フレキシブル神経プローブを生体の測定部位に刺し込むことにより、プローブ電極12が設けられている基板11全体を生体の表面形状に沿って密着させることができるとともに、生体の動きに応じてプローブ電極12を変形させることができるため、プローブの位置を常に測定しようとする神経組織の位置に合致させることができる。また、このような多チャンネル型フレキシブル神経プローブによれば、生体の2次元的な神経情報の測定ができるほか、生体の異なる位置および深さにおける神経情報の測定が可能であり、いわゆる3次元の神経情報の測定が可能となる。   As described above, the multi-channel flexible neuroprobe according to an embodiment of the present invention has a plurality of probes 12 formed in a vertical direction on a flexible insulating substrate 11, and each probe 12 has a different height in the longitudinal direction. A plurality of signal detection / recording recording pads 13-1, 14-1, and 15-1 are formed at this position. Therefore, by inserting this multi-channel flexible neuroprobe into a living body measurement site, the entire substrate 11 provided with the probe electrode 12 can be brought into close contact with the surface shape of the living body, and the movement of the living body. Since the probe electrode 12 can be deformed according to the above, the position of the probe can always be matched with the position of the nerve tissue to be measured. In addition, according to such a multi-channel flexible neural probe, it is possible to measure two-dimensional nerve information of a living body, and also measure nerve information at different positions and depths of a living body. Neural information can be measured.

図3乃至図5は上記多チャンネル型フレキシブル神経プローブの製造方法を示す工程図である。まず、図3(a)に示すように、半導体基板であるSi基板21を用意する。このSi基板21は厚さが約200〜250μmの全体として長方形の基板を用いるが、図3乃至図5では長さ方向の一端部のみを示している。このSi基板21の表面に、厚さ約3μmの磁性材料であるNi層22が電着により先端が尖った細長い電極針の形状にパターニング形成される。次に、図3(b)に示すように、Si基板21の表面全面に、ポリイミド樹脂がスピンコーティングにより塗布される。塗布されたポリイミド樹脂が乾燥し、厚さ約10μmの第1層ポリイミド樹脂層23が形成される。このポリイミド樹脂層23の表面全面にチタン(Ti)およびアルミ(Al)が真空蒸着により順次積層され、金属層24が形成される。これらの金属層24はウェットエッチングによりパターニングされ、6本のプローブ電極12およびこれらに接続される電気的配線16が形成される。ここで、6本のプローブ電極12のそれぞれは、図2に示したように、3本のプローブ導体13、14、15により構成されている。このようにして形成された6本のプローブ電極12およびこれらに接続される電気的配線16の表面を含むSi基板21の表面全面には、図3(c)に示すように、第2層ポリイミド樹脂層23´が、同じく約10μmの厚さに再びスピンコーティングにより塗布形成される。   3 to 5 are process diagrams showing a method for manufacturing the multi-channel flexible nerve probe. First, as shown in FIG. 3A, a Si substrate 21 which is a semiconductor substrate is prepared. The Si substrate 21 is a generally rectangular substrate having a thickness of about 200 to 250 μm, but only one end portion in the length direction is shown in FIGS. 3 to 5. On the surface of the Si substrate 21, a Ni layer 22, which is a magnetic material having a thickness of about 3 μm, is formed by patterning in the shape of an elongated electrode needle having a pointed tip by electrodeposition. Next, as shown in FIG. 3B, a polyimide resin is applied to the entire surface of the Si substrate 21 by spin coating. The applied polyimide resin is dried to form a first polyimide resin layer 23 having a thickness of about 10 μm. Titanium (Ti) and aluminum (Al) are sequentially laminated on the entire surface of the polyimide resin layer 23 by vacuum vapor deposition to form a metal layer 24. These metal layers 24 are patterned by wet etching to form six probe electrodes 12 and electrical wirings 16 connected thereto. Here, each of the six probe electrodes 12 is composed of three probe conductors 13, 14, 15 as shown in FIG. As shown in FIG. 3C, the second layer polyimide is formed on the entire surface of the Si substrate 21 including the surfaces of the six probe electrodes 12 thus formed and the electrical wirings 16 connected thereto. The resin layer 23 ′ is again formed by spin coating to a thickness of about 10 μm.

次いで図4(d)に示すように、酸素(O)プラズマエッチングにより、第1層および第2層ポリイミド樹脂層23、23´が所定の形状にパターニングされる。すなわち、6本のプローブ電極12およびこれらに接続される電気的配線16が形成される部分以外の第1層および第2層ポリイミド樹脂層23、23´が除去されるとともに、6本のプローブ電極12の周囲のポリイミド樹脂層23、23´に、根元の部分を除いて切込みが形成される。また、同じく酸素プラズマにより、6本のプローブ電極12のそれぞれを構成する3本のパッド導体13、14、15の先端部にスルーホール25が形成される。これらのスルーホール25は、図2に示した各記録パッド13−1、14−1、15−1に相当する位置のポリイミド樹脂23´に形成される。これらのスルーホール25は、生体中にプローブ電極12が刺し込まれたときに、生体内の神経系に各プローブ導体13、14、15が接触するために形成されている。 Next, as shown in FIG. 4D, the first and second polyimide resin layers 23 and 23 'are patterned into a predetermined shape by oxygen (O 2 ) plasma etching. That is, the first and second polyimide resin layers 23 and 23 ′ other than the portion where the six probe electrodes 12 and the electrical wiring 16 connected thereto are formed are removed, and the six probe electrodes are removed. Cuts are formed in the polyimide resin layers 23 and 23 ′ around 12 except for the base portion. Similarly, through-holes 25 are formed at the tip portions of the three pad conductors 13, 14, 15 constituting each of the six probe electrodes 12 by oxygen plasma. These through holes 25 are formed in the polyimide resin 23 'at positions corresponding to the recording pads 13-1, 14-1 and 15-1 shown in FIG. These through holes 25 are formed so that the probe conductors 13, 14, 15 come into contact with the nervous system in the living body when the probe electrode 12 is inserted into the living body.

この酸素プラズマエッチングプロセスにおいては、図示しないが、金属層24を覆う第2層ポリイミド樹脂23´の表面に配置されたアルミ層がマスクとして用いられる。すなわち、このマスクは第2層ポリイミド樹脂23´の表面全面に真空蒸着されたアルミ層をフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成される。このマスクパターンは、第1層および第2層ポリイミド樹脂層23、23´を除去する部分に窓を形成したもので、この窓を介して酸素プラズマが照射されエッチングが行われる。このアルミ層はHPO、HNO、CHCOOHおよびHOを10:1:1:2の割合で含むエッチング液により除去される。このエッチング液はチタン層を損傷しないため、このエッチングによりプローブ導体13、14、15およびこれらに接続される電気的配線16を構成する金属層24を構成するアルミ層が除去されることはない。 In this oxygen plasma etching process, although not shown, an aluminum layer disposed on the surface of the second layer polyimide resin 23 ′ covering the metal layer 24 is used as a mask. That is, this mask is formed by patterning an aluminum layer vacuum-deposited on the entire surface of the second layer polyimide resin 23 'by photolithography. In this mask pattern, a window is formed in a portion where the first layer and the second polyimide resin layers 23 and 23 'are removed, and etching is performed by irradiating oxygen plasma through the window. This aluminum layer is removed by an etching solution containing H 3 PO 4 , HNO 3 , CH 3 COOH and H 2 O in a ratio of 10: 1: 1: 2. Since this etching solution does not damage the titanium layer, the aluminum layer constituting the metal layer 24 constituting the probe conductors 13, 14, 15 and the electrical wiring 16 connected thereto is not removed by this etching.

次に、図4(e)に示すように、ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング(DRIE)によりポリイミド樹脂23により被覆されていない両側部分を含む全てのSi基板21が除去される。DRIEはSi基板21の裏面から約20μmの厚さでエッチングし、その後表面側からエッチングする。次いでSi基板21は図4(f)に示すように、その裏側からXeFガスを用いた等方性エッチングにより除去される。この結果、プローブ電極12およびこれらに接続される電気的配線16がポリイミド樹脂23、23´によりサンドイッチされた平面構造のプローブが形成される。すなわち、ポリイミド樹脂23、23´はプローブ電極12およびこれらに接続される電気的配線16をその表裏面から挟持し、フレキシブルな絶縁基板26を構成する。 Next, as shown in FIG. 4E, all the Si substrates 21 including both side portions not covered with the polyimide resin 23 are removed by deep reactive ion etching (DRIE). In DRIE, etching is performed with a thickness of about 20 μm from the back surface of the Si substrate 21, and then etching is performed from the front surface side. Next, as shown in FIG. 4F, the Si substrate 21 is removed from the back side by isotropic etching using XeF 2 gas. As a result, a probe having a planar structure in which the probe electrode 12 and the electrical wiring 16 connected thereto are sandwiched by the polyimide resins 23 and 23 'is formed. That is, the polyimide resins 23 and 23 ′ sandwich the probe electrode 12 and the electrical wiring 16 connected thereto from the front and back surfaces to constitute a flexible insulating substrate 26.

このように構成された平面構造のプローブにその面に対して垂直方向の磁界Hを印加すると、6本のプローブ電極12の裏面に形成された磁性材料であるNi層22が磁力を受け、図5(g)に示すように、6本のプローブ電極12は一斉に絶縁基板26上に直立する。   When a magnetic field H perpendicular to the surface is applied to the probe having a planar structure configured as described above, the Ni layer 22 which is a magnetic material formed on the back surface of the six probe electrodes 12 receives a magnetic force, As shown in FIG. 5G, the six probe electrodes 12 stand upright on the insulating substrate 26 all at once.

図5(h)は、磁界Hの強さを変化させたときのプローブ電極12の曲げ角度の変化を測定した結果を示すグラフである。同図から約400mTの磁界印加により、ほぼ90度に曲げられることが分かる。   FIG. 5H is a graph showing the results of measuring the change in the bending angle of the probe electrode 12 when the strength of the magnetic field H is changed. From the figure, it can be seen that the film can be bent to approximately 90 degrees by applying a magnetic field of about 400 mT.

図6はこのようにして製造された多チャンネル型フレキシブル神経プローブの全体の構成を示す斜視図である。この多チャンネル型フレキシブル神経プローブは、6本のプローブ電極12とこれらに接続される電気的配線16がポリイミド樹脂23、23´によりサンドイッチされた細長い帯状に形成される。そして電気的配線16はプローブ電極12と反対側に設けられたほぼ長方形の端子パッド部27に接続される。この端子パッド部27は6本のプローブ電極12のそれぞれに3個設けられ、全体で18個の記録パッドのそれぞれに対応して18個の端子パッド27−1、27−2、…、27−18が設けられ、対応する記録パッドと端子パッドとが電気的配線16により相互に接続されている。各端子パッド27−1、27−2、…、27−18には、この多チャンネル型フレキシブル神経プローブと情報を授受するための他の各種電子機器(図示せず)からの配線が半田付け等により接続される。   FIG. 6 is a perspective view showing the overall configuration of the multi-channel flexible nerve probe manufactured as described above. This multi-channel flexible neuroprobe is formed in an elongated strip shape in which six probe electrodes 12 and electrical wirings 16 connected thereto are sandwiched between polyimide resins 23 and 23 '. The electrical wiring 16 is connected to a substantially rectangular terminal pad portion 27 provided on the side opposite to the probe electrode 12. Three terminal pad portions 27 are provided for each of the six probe electrodes 12, and a total of 18 terminal pads 27-1, 27-2,..., 27- correspond to each of the 18 recording pads. 18 are provided, and corresponding recording pads and terminal pads are connected to each other by electrical wiring 16. Each of the terminal pads 27-1, 27-2,..., 27-18 is soldered with wiring from other various electronic devices (not shown) for transmitting / receiving information to / from the multi-channel flexible neural probe. Connected by

このようにして製造された多チャンネル型フレキシブル神経プローブの寸法は、プローブ電極12および電気的配線16部分が、たとえば、幅が約1.5mm、長さが約2.0cmであり、端子パッド部27は、幅が約1cmで長さが約0.5cmである。   The dimensions of the multi-channel flexible neuroprobe manufactured in this way are as follows. The probe electrode 12 and the electrical wiring 16 portion have a width of about 1.5 mm and a length of about 2.0 cm, for example. 27 has a width of about 1 cm and a length of about 0.5 cm.

以上説明した多チャンネル型フレキシブル神経プローブの製造方法によれば、半導体基板を用い、半導体製造技術により製造できるため、微細構造のプローブを複雑な手作業を要することなく製造することができる。   According to the method for manufacturing a multi-channel flexible neuroprobe described above, since a semiconductor substrate can be used and manufactured by a semiconductor manufacturing technique, a probe having a fine structure can be manufactured without requiring complicated manual work.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、多チャンネル型フレキシブル神経プローブの全体あるいは各部の寸法、あるいは、プローブ電極、プローブ導体の本数は一例であり、必要に応じて種々の寸法あるいは本数に形成できることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the entire multi-channel flexible neuroprobe or the dimensions of each part, or the number of probe electrodes and probe conductors are merely examples, and it goes without saying that the multi-channel flexible neuroprobe can be formed in various dimensions or numbers as required.

また、フレキシブルな絶縁基板としてポリイミド樹脂23、23´を用いたが、他の高分子材料を用いてもよい。例えば、パリレン(登録商標)という商品名で知られているポリパラキシリレン系ポリマーのような透明ポリマーを用いることにより、プローブを生体内に刺入する際に、生体内部の細胞などを見ながら刺入することができる。また、ポリジメチルシロキサン(PDMS)あるいは厚膜レジストSU−8(商品名)を用いることも可能である。 Further, although polyimide resins 23 and 23 'are used as flexible insulating substrates, other polymer materials may be used. For example, by using a transparent polymer such as a polyparaxylylene-based polymer known under the trade name Parylene ( registered trademark) , when inserting a probe into a living body, while looking at the cells inside the living body, etc. Can be inserted. It is also possible to use polydimethylsiloxane (PDMS) or thick film resist SU-8 (trade name).

以下では「ポリパラキシリレン系ポリマー」を、説明上商品名「パリレン」と呼ぶものとする。パリレンコーティングは、反応性ガスの重合によって行われるため、薄膜の厚さをコントロールできる。さらに、気体であるため、圧力が一定にかかり、均一な薄膜を形成することができる。また、パリレンは生体適合性がよく、絶縁性があり、さらに薄膜にすると柔軟性があるという特徴を有する。また、このパリレン薄膜は、透明で、撥水性、ガスバリア性、耐薬品性、熱安定性にも優れている。このため、神経電極の絶縁膜として適切な材料である。 Hereinafter, the “polyparaxylylene-based polymer” is referred to as a trade name “Parylene” for the sake of explanation. Since the parylene coating is performed by polymerization of a reactive gas, the thickness of the thin film can be controlled. Furthermore, since it is a gas, the pressure is constant and a uniform thin film can be formed. Parylene is characterized by good biocompatibility, insulation, and flexibility when made into a thin film. The parylene thin film is transparent and excellent in water repellency, gas barrier properties, chemical resistance, and thermal stability. For this reason, it is a material suitable as an insulating film of a nerve electrode.

図7は絶縁基板としてパリレンを用いた場合の多チャンネル型フレキシブル神経プローブの製造方法の概要を示す断面図である。同図(a)に示すように、シリコン基板61上にフォトレジスト62、パリレン層63、アルミニウム層64をコーティングにより積層形成し、同図(b)に示すように、アルミニウム層64をパターニングして電極パッドと配線を形成する。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing an outline of a method for manufacturing a multichannel flexible neuroprobe when parylene is used as an insulating substrate. As shown in FIG. 6A, a photoresist 62, a parylene layer 63, and an aluminum layer 64 are formed by coating on a silicon substrate 61, and the aluminum layer 64 is patterned as shown in FIG. Electrode pads and wiring are formed.

ここで、パリレン層63は、パリレン蒸着装置により、蒸着により形成する。この装置は、気化室、熱分解室、蒸着室およびバキュームポンプを備え、バキュームポンプにより、気体が気化室、熱分解室、蒸着室へと送られる。まず、パラキシレンから生成したジパラキシレンを気化室に導入して過熱することにより気化させる。この気体は熱分解室に送られて熱分解されて、反応性の高いラジカルパラキシレンモノマーができる。この気体は蒸着室へ移動し、シリコン基板61上に吸着、重合することにより、高分子量のパリレン薄膜が形成される。   Here, the parylene layer 63 is formed by vapor deposition using a parylene vapor deposition apparatus. This apparatus includes a vaporization chamber, a thermal decomposition chamber, a vapor deposition chamber, and a vacuum pump, and gas is sent to the vaporization chamber, the thermal decomposition chamber, and the vapor deposition chamber by the vacuum pump. First, diparaxylene produced from paraxylene is vaporized by introducing it into the vaporizing chamber and heating it. This gas is sent to the thermal decomposition chamber and thermally decomposed to produce a highly reactive radical paraxylene monomer. This gas moves to the vapor deposition chamber and is adsorbed and polymerized on the silicon substrate 61, whereby a high molecular weight parylene thin film is formed.

次いで、同図(c)に示すように、パリレン層63´を全体にコートし絶縁層とする。次に、同図(d)に示すように、銅(Cu)層65を全面にコートし、ウェットエッチングによりパターニングしてマスクを形成する。そして、同図(e)に示すように、このマスクを介して酸素プラズマ処理により、プローブ電極の周辺輪郭66および記録パッド部67のパリレン層63、63´を除去する。次いで、同図(f)に示すように、フォトレジスト62をアセトンによりエッチングすることにより、シリコン基板61をパリレン層63から剥離する。また、パリレン層63が除去された記録パッド部67にニッケル等の金属導体68をメッキする。そして同図(g)に示すように、パリレン層63、63´でサンドイッチされたアルミニウム層64からなるプローブ導体を折り曲げてプローブ電極部を形成する。   Next, as shown in FIG. 3C, the entire parylene layer 63 'is coated to form an insulating layer. Next, as shown in FIG. 4D, a copper (Cu) layer 65 is coated on the entire surface and patterned by wet etching to form a mask. Then, as shown in FIG. 5E, the peripheral contour 66 of the probe electrode and the parylene layers 63 and 63 ′ of the recording pad portion 67 are removed by oxygen plasma treatment through this mask. Next, as shown in FIG. 5F, the silicon substrate 61 is peeled from the parylene layer 63 by etching the photoresist 62 with acetone. Further, a metal conductor 68 such as nickel is plated on the recording pad portion 67 from which the parylene layer 63 has been removed. Then, as shown in FIG. 6G, the probe conductor made of the aluminum layer 64 sandwiched between the parylene layers 63 and 63 ′ is bent to form a probe electrode portion.

上述した実施形態においては、図7(a)に示すように、シリコン基板61上にフォトレジスト62、パリレン層63、アルミニウム層64をコーティングにより積層形成したが、フォトレジスト62を介することなく、シリコン基板61上に直接、パリレン層63、アルミニウム層64をコーティングにより積層形成してもよい。すなわち、上記の実施形態においては、フォトレジスト62は、シリコン基板61をパリレン層63から剥離するために設けられたが、シリコン基板61上に直接形成したパリレン層63をその柔軟性を利用して機械的に引っ張ることにより、剥離することができる。なお、この場合、シリコン基板61表面に、例えばInternational Products Corporation社製のmicro-90のような界面活性剤を予め塗布し、その上にパリレン層63、アルミニウム層64をコーティングにより積層形成することにより、シリコン基板61とパリレン層63との密着性が低下して剥離が非常に容易になる。しかし、シリコン基板61とパリレン層63との密着性が過度に低下すると、パリレン層63上に電極パッドの製造工程中にパリレン層63がシリコン基板61から剥がれてしまうという問題が生ずる。そこでシリコン基板61表面に熱酸化膜を形成し、その上にパリレン層63、アルミニウム層64をコーティングにより積層形成することにより、上記の問題を防止するとともに、パリレン積層体の製造後に積層体に亀裂を生ずることなくシリコン基板61から剥離することが可能である。   In the above-described embodiment, as shown in FIG. 7A, a photoresist 62, a parylene layer 63, and an aluminum layer 64 are formed by coating on a silicon substrate 61. However, silicon does not pass through the photoresist 62. The parylene layer 63 and the aluminum layer 64 may be directly laminated on the substrate 61 by coating. That is, in the above-described embodiment, the photoresist 62 is provided for peeling the silicon substrate 61 from the parylene layer 63, but the parylene layer 63 directly formed on the silicon substrate 61 is utilized by its flexibility. It can be peeled off by mechanical pulling. In this case, a surface active agent such as micro-90 manufactured by International Products Corporation is applied in advance to the surface of the silicon substrate 61, and a parylene layer 63 and an aluminum layer 64 are laminated thereon by coating. In addition, the adhesion between the silicon substrate 61 and the parylene layer 63 is lowered, and peeling becomes very easy. However, when the adhesion between the silicon substrate 61 and the parylene layer 63 is excessively lowered, there arises a problem that the parylene layer 63 is peeled off from the silicon substrate 61 on the parylene layer 63 during the manufacturing process of the electrode pad. Therefore, a thermal oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 61, and the parylene layer 63 and the aluminum layer 64 are laminated thereon by coating, thereby preventing the above problem and cracking the laminated body after manufacturing the parylene laminated body. It is possible to peel from the silicon substrate 61 without causing the above.

また、上述した実施形態においては、プローブおよび配線材料としてアルミを用いたが、この代わりに導電性ポリマーあるいはポリシリコンを用いることも可能である。   In the embodiment described above, aluminum is used as the probe and wiring material, but it is also possible to use conductive polymer or polysilicon instead.

11 絶縁基板
12 プローブ電極
13〜15 プローブ導体
13−1、14−1、15−1 記録パッド
16 電気的配線
21 Si基板
22 Ni層
23 第1層ポリイミド樹脂層
23´ 第2層ポリイミド樹脂層
24 金属層
25 スルーホール
26 フレキシブルな絶縁基板
27 端子パッド部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Insulation board | substrate 12 Probe electrode 13-15 Probe conductor 13-1, 14-1, 15-1 Recording pad 16 Electrical wiring 21 Si substrate 22 Ni layer 23 1st layer polyimide resin layer 23 '2nd layer polyimide resin layer 24 Metal layer 25 Through hole 26 Flexible insulating substrate 27 Terminal pad

Claims (2)

ポリパラキシリレン系ポリマーからなる一対のフレキシブルな絶縁基板間に挟持され、これらの絶縁基板面に対して所定の角度で立設された複数のプローブ導体により形成されたプローブ電極と、このプローブ電極の前記絶縁基板面側の端部に接続され、同じくポリパラキシリレン系ポリマーからなる一対のフレキシブルな絶縁基板間に挟持された電気的配線と、前記プローブ電極を形成する複数のプローブ導体の異なる位置において、前記プローブ導体を挟持する絶縁基板にスルーホールを設けることにより前記各プローブ導体の一部を露出するように形成された記録パッドと、を備えることを特徴とする多チャンネル型フレキシブル神経プローブ。 A probe electrode formed by a plurality of probe conductors sandwiched between a pair of flexible insulating substrates made of a polyparaxylylene-based polymer and standing at a predetermined angle with respect to the surfaces of these insulating substrates, and the probe electrodes The electrical wiring connected to the end of the insulating substrate surface side and sandwiched between a pair of flexible insulating substrates that are also made of polyparaxylylene-based polymer, and the plurality of probe conductors forming the probe electrode are different And a recording pad formed so as to expose a part of each probe conductor by providing a through hole in an insulating substrate that sandwiches the probe conductor at a position. . 前記プローブ電極は、前記フレキシブルな絶縁基板上に、複数本設けられていることを特徴とする請求項記載のフレキシブル神経プローブ。 The probe electrode is in the flexible insulating substrate, a flexible neural probe according to claim 1, wherein the provided plurality of lines.
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