JP2009254902A - フレキシブル神経プローブおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 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多チャンネル型フレキシブル神経プローブおよびその製法を提供すること。
【解決手段】 本発明の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に挟持された複数本のプローブ電極１２と、これらの電極１２にそれぞれ接続され、同じくフレキシブルな絶縁基板１１−１に挟持された電気的配線１６とを備え、前記複数本のプローブ電極１２は、それぞれ、ほぼ平行に配置された複数のプローブ導体１３〜１５により構成され、これらの各プローブ導体１３〜１５には、前記プローブ電極の異なる高さ位置において記録パッド１３−１、１４−１、１５−１が設けられている。
【選択図】 図１

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。

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）。

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）。

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 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 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）

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。

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。

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。

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及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

また、本発明の多チャンネル型フレキシブル神経プローブは、一対のフレキシブルな絶縁基板間に挟持されたプローブ電極と、このプローブ電極を内部に含み、このプローブ電極に沿って流体を供給するように前記一対のフレキシブルな絶縁基板間に形成された流路と、を備えたことを特徴とするものである。

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、前記フレキシブルな絶縁基板は、パリレン樹脂により構成されていることを特徴とするものである。

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、前記流路は、前記プローブ電極の先端より延長して形成されていることを特徴とするものである。

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、前記流路内には、常温で固体化されるポリエチレングリコールが充填されていることを特徴とするものである。

また、本発明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は、半導体基板の表面に第１のパリレン樹脂層を形成する工程と、この第１のパリレン樹脂層の表面に金属層を形成する工程と、この金属層をパターニングして、プローブ電極を形成する工程と、この工程により形成されたプローブ電極の表面を含む前記第１のパリレン樹脂層の表面に、フォトレジスト層を形成する工程と、このフォトレジスト層をの表面を含む前記第１のパリレン樹脂層の表面に、第２のパリレン樹脂層絶縁層を形成する工程と、前記第１および第２のパリレン樹脂層をプラズマエッチングにより、所定の形状にパターニングする工程と、前記フォトレジスト層をエッチングすることにより、前記第１および第２のパリレン樹脂層間に流路を形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

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の製造方法においては、前記半導体基板の表面には熱酸化膜が形成されていることを特徴とするものである。

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の製造方法においては、前記流路内に、過熱して液化されたポリエチレングリコールを充填供給し、常温に冷却して固体化する工程をさらに備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のフレキシブル神経プローブは、一対のフレキシブルな絶縁基板間に挟持されたプローブ電極と、このプローブ電極を内部に含み、このプローブ電極に沿って流体を供給するように前記一対のフレキシブルな絶縁基板間に形成された流路と、を備えたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のフレキシブル神経プローブにおいては、前記フレキシブルな絶縁基板は、パリレン樹脂により構成されていることを特徴とするものである。

さらに、本発明のフレキシブル神経プローブにおいては、前記流路は、前記プローブ電極の先端より延長して形成されていることを特徴とするものである。

さらに、本発明のフレキシブル神経プローブにおいては、前記流路内には、常温で固体化されるポリエチレングリコールが充填されていることを特徴とするものである。

また、本発明のフレキシブル神経プローブの製造方法は、半導体基板の表面に第１のパリレン樹脂層を形成する工程と、この第１のパリレン樹脂層の表面に金属層を形成する工程と、この金属層をパターニングして、プローブ電極を形成する工程と、この工程により形成されたプローブ電極の表面を含む前記第１のパリレン樹脂層の表面に、フォトレジスト層を形成する工程と、このフォトレジスト層をの表面を含む前記第１のパリレン樹脂層の表面に、第２のパリレン樹脂層絶縁層を形成する工程と、前記第１および第２のパリレン樹脂層をプラズマエッチングにより、所定の形状にパターニングする工程と、前記フォトレジスト層をエッチングすることにより、前記第１および第２のパリレン樹脂層間に流路を形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

さらに、本発明のフレキシブル神経プローブの製造方法においては、半導体基板の表面には熱酸化膜が形成されていることを特徴とするものである。

さらに、本発明のフレキシブル神経プローブの製造方法においては、前記流路内に、過熱して液化されたポリエチレングリコールを充填供給し、常温に冷却して固体化する工程をさらに備えたことを特徴とするものである。

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。

また、本発明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。

本発明の親出願における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。 図２は図１の一部を拡大して示す平面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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の要部を示す斜視図である。 図８に示すアクチュエータの構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）および（Ｃ）は側面図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す図で、流路付のフレキシブルプローブの構成を示す概略斜視図である。 図１０に示す流路付のフレキシブルプローブの使用方法を説明するための、プローブ先端部の断面図である。 図１０に示す流路付のフレキシブルプローブの製造方法を示す工程図である。

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の説明に先立って、本願の親出願に記載された多チャンネル型フレキシブル神経プローブについて、図１乃至図７を参照して説明する。

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。

このように本発明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。

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。

次いで図４（ｄ）に示すように、酸素（Ｏ_２）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。

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Ｈ_３ＰＯ_４、ＨＮＯ_３、ＣＨ_３ＣＯＯＨおよびＨ_２Ｏ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。

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_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

また上述した多チャンネル型フレキシブル神経プローブはこれ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。

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（parylene）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。

パリレンはポリパラキシレンの通称である。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。

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。

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。

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。

上述した製造方法においては、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。

また、上述した説明においては、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。

さらに、上述した製造方法においては、磁界によりプローブを曲折したが、必ずしも磁界を用いる必要はなく、機械的あるいは手作業による曲折も利用できることは言うまでもない。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図８および図９は、本発明の実施形態の要部を示す図で、図中図１の構成部分と同一の構成部分には同一の符号が付されている。この実施形態においては、図８に示すように、複数のプローブ電極部１２、の絶縁基板１１との結合部に振動アクチュエータ７１が設けられている。図９は、このアクチュエータ７１の構成を示す図で、同図（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）はその動作状態を示す側面図である。このアクチュエータ７１は、図９（Ａ）に示すように、フレキシブルな絶縁基板７２上に互いにに逆方向に巻回された平面コイル７３、７４がパターニングにより形成されている。これらの平面コイル７３、７４は互いに直列に接続され、コイル巻線の両端は端子パッド７５、７６に導出されている。

このようなアクチュエータ７１に、同図（Ｂ）に示すように、絶縁基板７２と平行な外部磁界７７を印加するとともに、平面コイル７３、７４の端子パッド７５、７６から交流電流を供給すると、平面コイル７３、７４により発生する交番磁界と外部磁界７７との相互作用により、アクチュエータ７１は同図（Ｃ）に示すように、屈曲された状態と、同図（Ｂ）に示すような伸張された状態とを交互に繰り返し、外部磁界の印加方向において縦振動を行う。

このようなアクチュエータ７１が設けられた多チャンネル型フレキシブル神経プローブに、図８に示すように、プローブ電極部１２に沿って外部磁界７２を印加することにより、プローブ電極部１２をプローブ電極部１２に沿って微小振動させることができる。このように、プローブ電極部１２を振動させることにより、フレキシブルな基板１１−１に挟持されたプローブ導体からなるプローブ電極部１２は、生体内に円滑に刺入することができる。

フレキシブルな基板に挟持されたプローブ電極を生体内に刺入するに際し、その一時的に剛性を高めることにより、挿入を容易にすることも可能である。例えば、プローブ電極部に水を付着し、液体窒素に浸漬して瞬間的に凍らせて刺入してもよい。生体に刺入された後においては、温度の上昇とともに氷が溶解し、プローブによる生体内での信号授受には影響しない。また、プローブ電極部にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を塗布して硬化させ、生体に刺入する。生体に刺入された後においては、ＰＥＧは生体内で溶解するため、プローブの機能には影響を与えない。すなわちＰＥＧは、常温では固体であり、５０℃以上で液体となり、水溶性がある。したがって、これを過熱して液化した状態で、プローブ電極部に塗布し、常温で硬化させて生体内に挿入する。

さらに、プローブ電極部の強度を一時的に強化する方法としては、各プローブ電極部にその長手方向に流体が供給される流路を形成し、この流路に液体を供給して凍らせることも可能である。あるいは、流路に過熱して液化させたＰＥＧを供給し、常温で硬化させることも可能である。このような流路の形成は、前述した多チャンネル型フレキシブル神経プローブの製造プロセスにおいて、絶縁基板を多層構造とし、多層化された基板の間にフォトリソグラフィ技術を用いて流路を形成することができる。なお、この流路の利用は、上述したような流体の凍結のためだけでなく、他の医薬等の流体を供給することも可能である。

図１０は本発明のさらに他の実施形態を示す図で、上述したような流路付のフレキシブルプローブの構成を示す概略斜視図である。このプローブは、パリレンからなるフレキシブルな絶縁基板８１上に、例えば金（Ａｕ）の薄膜層により構成されるプローブ電極８２が形成され、このプローブ電極８２に沿って同じくパリレンからなる微小流路８３が設けられている。フレキシブルな絶縁基板８１は、基部８１−１、中央部８１−２および先端部８１−３から構成され、それぞれの幅が基部から先端に向かって段階的に狭くなっている。基部８１−１にはプローブ電極８２の接続パッド部８２−１が形成され、基部８１−１から中央部８１−２上には接続パッド部８２−１に接続される幅の狭いストライプ状のプローブ電極８２−２が形成されている。微小流路８３は、フレキシブルな絶縁基板８１上にパリレンからなるフレキシブルな第２の絶縁基板８４の側縁部を固着して流路を形成するものである。微小流路８３は、その幅が絶縁基板８１の幅に合わせて基部から先端に向かって段階的に狭くなっている。そして絶縁基板８１の基部８１−１において幅の広い入口８３−１を有し、絶縁基板８１の先端部８１−３において出口８３−２を備えている。微小流路８３は絶縁基板８１の表面にプローブ電極８２に沿って形成され、入口８３−１から供給される液体はプローブ電極８２に沿って流れ、出口８３−２から流出するように形成されている。

図１１は、このように構成された流路付のフレキシブルプローブの使用方法を説明するための、プローブ先端部の断面図である。

プローブを構成するフレキシブル絶縁基板の先端部８１−３に形成された微小流路８３内には、同図（Ａ）に示されるように、生体８５に挿入される前に、過熱された液状のＰＥＧが供給され、常温に冷却されて固体化される。この結果、プローブの先端部は剛性化され、この状態で、同図（Ｂ）に示されるように、生体８５内に挿入される。生体８５内おいては、剛性化されたＰＥＧは、微小流路出口８３−２から生体８５内の生理食塩水を吸収して柔軟化するとともに、導電性を持つように変化する。この結果、プローブ電極８２−２の先端は微小流路８３内の導体化されたＰＥＧを介して微小流路出口８３−２近傍の生体８４と電位的に接続される。これによって、プローブ電極８２−２は、生体内の電位を検知することが可能になる。プローブ先端部は、生体８５内に挿入された状態で時間が経過すると微小流路８３内のＰＥＧが生理食塩水により融解され、同図（Ｃ）に示されるように、剛性が徐々に失われる。このことはフレキシブルプローブを生体８５に挿入した状態での長時間の電位測定に際しては、生体を傷つけることがなく、フレキシブルプローブとして作用することを意味するものである。同図（Ｄ）は、プローブ先端部を生体８５内の生理食塩水中に挿入された状態でプローブ電極８２により測定されたインピーダンスの時間変化を記録したグラフである。プローブ電極８２を生体８５内に挿入時は高インピーダンスを示すが、約２００ｍｓｅｃ後には、微小流路８３内のＰＥＧ内生理食塩水が浸透してＰＥＧが導電性を持つ結果、インピーダンスが低下する。

この実施形態の流路付フレキシブルプローブにおいては、金属製のプローブ電極８２−２は微小流路８３の出口８３−２より上流において終端し、生体８５内に挿入されたとき、生体８５に直接触れることはなく、ＰＥＧが介在するため、プローブ電極８２−２の金属が生体８５内に溶解する怖れがない。

図１２は上述した流路付のフレキシブルプローブの製造方法を示す工程図である。

同図（Ａ）に示すように、表面に熱酸化膜が形成されたシリコン半導体基板９１上に、パリレン蒸着装置を用いてパリレンを５μｍ蒸着して第１のパリレン層８１´を形成する。その上に金（Ａｕ）層を真空蒸着により形成し、フォトリソグラフィにより帯状にパターニングしてプローブ電極８２を構成するＡｕ層８２´を形成する。すなわち、図示しないが、フォトレジスト（Shipley社製S1818）をスピンコートした後、紫外線露光によりパターニングし、ＴＭＡＨ現像液（東京応化製NMD3）により現像する。

次いでこのプローブ電極８２を含む第１のパリレン層８１´上にフォトレジスト層８６を塗布し、これを所定の幅にパターニングする。そしてフォトレジスト層８６の表面を含む第１のパリレン層８１´上には、第２のパリレン層８４´が蒸着により積層される。そしてこの第２のパリレン層８４´の表面には、所定の幅のアルミ層８７がマスク層として形成される。すなわち、このマスク層は、第２のパリレン層８４´の表面にアルミ層を蒸着し、これを上述と同様なフォトリソグラフィにより所定の幅にパターニングする。ただし、アルミ層のエッチングは混酸アルミ（和光純薬製）で行う。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、アルミ層８７をマスクとして、プラズマエッチング装置（サムコインターナショナル社製FA-1）を用い、Ｏ_３プラズマにより、アルミ層８７によりマスクされていない部分の第１および第２のパリレン層８１´、８４´を除去する。ここで、Ｏ_３プラズマエッチングの条件は、例えば、流量１０ｍｌ／ｍｉｎ、電力５０Ｗ、エッチング速度０．４〜０．５μｍ／ｍｉｎである。

次に、このようにして形成されたパリレン積層体を例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、エタノールからなるエッチグ液に浸漬してフォトレジスト層８６を除去し、図１１（Ｃ）に示すように、微小流路８３を形成する。

最後に、図１１（Ｄ）に示すように、第１および第２のパリレン層８１´、８４´をシリコン半導体基板９１表面から剥離する。

この実施形態による流路付のフレキシブルプローブによれば、柔軟なフレキシブル基板上に微小流路８３とプローブ電極８２を配置できるため、従来ガラス管で行われていた試薬注入あるいは生体電位計測が生体内で低侵襲で実現できる。

また、微小流路８３の入口８３−１から出口８３−２へと再生神経軸索を誘導し、微小流路８３内に配置されたプローブ電極８２により、をすることにより、再生神経軸索に対する計測あるいは刺激が可能となり、神経再生型電極として利用することもできる。

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２６
２７ 端子パッド部

Claims (7)

1. 一対のフレキシブルな絶縁基板間に挟持されたプローブ電極と、このプローブ電極を内部に含み、このプローブ電極に沿って流体を供給するように前記一対のフレキシブルな絶縁基板間に形成された流路と、を備えたことを特徴とするフレキシブル神経プローブ。
2. 前記フレキシブルな絶縁基板は、パリレン樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル神経プローブ。
3. 前記流路は、前記プローブ電極の先端より延長して形成されていることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル神経プローブ。
4. 前記流路内には、常温で固体化されるポリエチレングリコールが充填されていることを特徴とする請求項３記載のフレキシブル神経プローブ。
5. 半導体基板の表面に第１のパリレン樹脂層を形成する工程と、この第１のパリレン樹脂層の表面に金属層を形成する工程と、この金属層をパターニングして、プローブ電極を形成する工程と、この工程により形成されたプローブ電極の表面を含む前記第１のパリレン樹脂層の表面に、フォトレジスト層を形成する工程と、このフォトレジスト層の表面を含む前記第１のパリレン樹脂層の表面に、第２のパリレン樹脂層絶縁層を形成する工程と、前記第１および第２のパリレン樹脂層をプラズマエッチングにより、所定の形状にパターニングする工程と、前記フォトレジスト層をエッチングすることにより、前記第１および第２のパリレン樹脂層間に流路を形成する工程と、を備えたことを特徴とするフレキシブル神経プローブの製造方法。
6. 半導体基板の表面には熱酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項５記載のフレキシブル神経プローブの製造方法。
7. 前記流路内に、過熱して液化されたポリエチレングリコールを充填供給し、常温に冷却して固体化する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のフレキシブル神経プローブの製造方法。

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