特表 2024-519111 挿入および固定特性が改善された可撓性神経インプラント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-08

(54)【発明の名称】挿入および固定特性が改善された可撓性神経インプラント

(51)【国際特許分類】

   A61F 2/48 20060101AFI20240426BHJP

   A61F 2/70 20060101ALI20240426BHJP

【ＦＩ】

A61F2/48

A61F2/70

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572103

(86)(22)【出願日】2022-01-11

(85)【翻訳文提出日】2024-01-17

(86)【国際出願番号】 EP2022050467

(87)【国際公開番号】W WO2022242916

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】21175479.1

(32)【優先日】2021-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523438304

【氏名又は名称】リビジョン・インプラント・ナムローゼ・フエンノートシャップ

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＶＩＳＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴ ＮＶ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】セイセンス，フレデリック

(72)【発明者】

【氏名】フレイ，サマラ

【テーマコード（参考）】

4C097

【Ｆターム（参考）】

4C097AA30

4C097BB06

4C097MM03

4C097MM04

(57)【要約】

本発明は、実質的に平面の神経電極アレイに関し、電極アレイは、－可撓性基部と、－基部に取り付けられたコネクタケーブルと、－基部から突出する１つまたは複数の可撓性シャフトであって、シャフトが、櫛状構造を形成するように基部の同じ表面から同じ平面内に突出するように配置され、１つまたは複数のシャフトの各々が、１つまたは複数の電極接点を備え、電極接点が、コネクタケーブルに電気的に結合されている、１つまたは複数の可撓性シャフトとを備え、－第１の補強層が、基部および１つまたは複数のシャフトの近位部分にわたって延在し、近位部分が基部に隣接していることと、－第２の吸収性補強層が、１つまたは複数のシャフトの遠位部分にわたって延在し、遠位部分が基部から離れていることとを特徴とし、第１の補強層と第２の吸収性補強層との間に重なりがある。さらに、本発明は、本発明による１つまたは複数の電極アレイを備える神経インプラントに関する。さらに、本発明は、本発明による電極アレイの製造方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

実質的に平面の神経電極アレイ（１）であって、前記電極アレイ（１）が、
－可撓性基部（２０）と、
－前記基部（２０）に取り付けられたコネクタケーブル（３２）と、
－前記基部（２０）から突出する１つまたは複数の可撓性シャフト（１０）であって、前記シャフト（１０）が、櫛状構造を形成するように前記基部（２０）の同じ表面から同じ平面内に突出するように配置され、前記１つまたは複数のシャフト（１０）の各々が、１つまたは複数の電極接点（３０）を備え、前記電極接点（３０）が、前記コネクタケーブル（３２）に電気的に結合されている、１つまたは複数の可撓性シャフト（１０）と
を備え、
－第１の補強層（４０）が、前記基部（２０）および前記１つまたは複数のシャフト（１０）の近位部分にわたって延在し、前記近位部分が前記基部（２０）に隣接していることと、
－第２の吸収性または溶解性補強層（５０）が、前記１つまたは複数のシャフト（１０）の遠位部分にわたって延在し、前記遠位部分が前記基部（２０）から離れていることと
を特徴とし、
前記第１の補強層（４０）と前記第２の吸収性補強層（５０）との間に重なりがある、電極アレイ（１）。

【請求項2】

前記近位部分が、５０ミクロン以上５００ミクロン以下の長さを有する、請求項１に記載の電極アレイ（１）。

【請求項3】

前記シャフト（１０）の前記遠位先端部（１２）が、４５°よりも小さい先端角を有する、先行する請求項のいずれかに記載の電極アレイ（１）。

【請求項4】

前記基部（２０）が、１つまたは複数のオリフィス（２１）を備える、先行する請求項のいずれかに記載の電極アレイ（１）。

【請求項5】

前記コネクタケーブル（３２）が、分割多芯蛇行ケーブルである、先行する請求項のいずれかに記載の電極アレイ（１）。

【請求項6】

神経インプラント（１００）であって、前記インプラント（１００）が、
－請求項１に記載の１つまたは複数の神経電極アレイ（１）と、
－電子装置ユニット（１１０）と
を備え、
前記１つまたは複数の電極アレイ（１）の前記コネクタケーブル（３２）が、前記電子装置ユニット（１１０）に電気的に接続されている、神経インプラント（１００）。

【請求項7】

前記１つまたは複数の電極アレイ（１）の前記基部（２０）が、プラットフォーム（１３０）によって接続される、請求項６に記載のインプラント（１００）。

【請求項8】

前記プラットフォーム（１３０）がその場で作成される、請求項７に記載のインプラント（１００）。

【請求項9】

前記１つまたは複数の電極アレイ（１）が取り外し可能なホルダ（１２０）に格納され、前記ホルダ（１２０）が、前記１つまたは複数の電極アレイ（１）を互いに分離する、請求項６～８のいずれかに記載のインプラント（１００）。

【請求項10】

請求項１に記載の神経電極アレイ（１）の製造方法であって、前記方法が、
－平面基板（３００）を用意するステップと、
－前記基板（３００）を犠牲層（３０１）でコーティングするステップと、
－前記犠牲層（３０１）上に電気絶縁材料（３０２）の少なくとも第１層を堆積させるステップと、
－前記第１層（３０２）上に１つまたは複数の金属トレース（３１）および電極接点（３０）を堆積させるステップと、
－前記第１層（３０２）および前記金属トレース（３１）上に電気絶縁材料（３０４）の少なくとも第２層を堆積させるステップと、
－前記第１の補強層（４０）を塗布するステップと、
－前記第２の吸収性補強層（５０）を塗布するステップと
を含む、方法。

【請求項11】

前記第１の補強層（４０）が、第１の浸漬コーティングプロセスを用いて塗布され、前記第２の補強層（５０）が、第２の浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の補強層（４０）が、成形プロセスを用いて塗布され、前記第２の補強層（５０）が、浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の補強層（４０）が、堆積プロセスを用いて塗布され、前記第２の補強層（５０）が、浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される、請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の補強層（４０）が、非被覆電極アレイとは別に製造され、前記第１の補強層（４０）が、前記非被覆電極アレイに取り付けられ、前記第２の補強層（５０）が、浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記平面基板（３００）が単結晶シリコンウェハであり、前記ウェハ（３００）の前記｛１１１｝結晶面が、前記ウェハ（３００）の前記表面に対して実質的に鋭い角度で傾斜しており、前記表面が、前記ウェハ（３００）内に前記神経電極アレイ（１）用の鋳型を作成するために異方的にパターニングおよびエッチングされる、請求項１０～１４のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、脳または神経組織における大縮尺（高分解能）神経信号記録および神経刺激を目的とした薄い可撓性電極アレイに関する。より具体的には、そのような電極の複数の針状または櫛形のアレイ、したがって３Ｄアレイを形成するアレイの挿入に関する。それは、改善された挿入性およびその後の機械的安定化を可能にする特徴を有する。

【背景技術】

【0002】

瘢痕組織の形成および長期性能に関して、可撓性神経電極アレイが、より硬く（典型的には）より大きいシリコンまたは金属ベースの電極アレイよりも優れているという証拠がますます多く集められている。考えられる理由は、脳に対するインプラントの連続的な動きによって引き起こされる損傷または刺激の減少である。典型的には、そのような可撓性電極アレイは、シリコンウェハなどの平坦なキャリア基板上に薄膜技術を使用して製造され、その後キャリアから解放される。可撓性電極アレイに使用される一般的な材料は、ポリイミドまたはパリレン－Ｃ隔離層および貴金属電気接続ならびに白金、酸化イリジウム、カーボンナノチューブまたはＰＥＤＯＴなどの電極材料である。典型的な形状は、１つまたは複数の共通の基部に由来する、シャフトまたはストランドとも呼ばれる針状または針のアレイである。基部は、神経組織の外側に配置されるように意図されているが、電極含有針は、内側を貫通するように意図されている。

【0003】

大量の神経組織との高分解能相互作用を可能にするために、電極の３Ｄアレイを挿入する必要がある。本質的に、可撓性電極アレイは、それ自体では脳髄膜または脳組織すら貫通するには弱すぎるため、挿入中に（コーティングまたは挿入シャトルなどの外部手段のいずれかによって）可撓性神経電極アレイを一時的に補強する必要性が長い間確立されてきた。

【0004】

必要な挿入力を大幅に増加させるいわゆる「針床効果」を回避するために、可撓性アレイの電極を一度に挿入しないことが一般的である。代わりに、１つずつまたは行ごとの挿入が用いられる。

【0005】

可撓性針またはストランドの３Ｄアレイを挿入する既存の方法は、電極ストランドを把持し、ストランドを１本ずつ挿入する硬質挿入針の使用を含む。この方法は、多数の挿入点までスケールアップすることが困難である。これを緩和するための高価で複雑な改善の１つは、例えば米国特許出願公開第２０２１０００７８０８号明細書に開示されているように、ロボット支援手術を使用して長時間の要件を緩和することである。

【0006】

別の方法は、可撓性の平面（２Ｄ）アレイがポリエチレングリコールなどの生体適合性の水溶解性物質で一時的に接着される硬質（金属またはシリコンベースの）挿入ビークル（またはシャトル）を使用する。そのような挿入ビークルの櫛形バージョンを使用することにより、例えば米国特許第１０２１４００１号明細書に開示されているように、移植手順の速度をかなり上げて行ごとの挿入を行うことができる。

【0007】

しかしながら、本発明者らの研究では、この方法のいくつかの欠点に遭遇した。（ａ）この方法は、非常に薄い可撓性電極アレイまで十分に拡張できない。アレイが典型的には１０～２０ミクロンよりも薄くなると、それ自体の剛性がほとんど残っていないため、挿入ビークルの後退中にインプラントが引き抜かれる可能性が増加する。さらに、（ｂ）意図せずに引き抜いた後、インプラントがそれ自体で挿入されるには弱すぎるためにインプラントを再挿入することは不可能であり、手術中にインプラントを挿入ビークルに再取り付けする方法がなく、（ｃ）挿入ビークルの後退動作は、追加の組織損傷の原因である。

【0008】

さらに別の方法は、ポリエチレングリコール、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、デキストランまたはスクロースなどの溶解性または生体吸収性補強材料による可撓性平面２Ｄアレイのコーティングを使用する。そのような方法は、例えば米国特許第１０３３５５１９号明細書に開示されているように、損傷がほとんどなく、吸収性材料が占める元の体積よりもはるかに小さい体積の瘢痕を残す、薄い可撓性電極の単一のストランドを挿入する能力を実証した。

【0009】

しかし、単純な単一の針を超えて、いくつかの櫛または他の形状から構築されたより大きなアレイを挿入する場合にも、これは最も簡単な方法であり得る。それは複雑な操作を必要としないと同時に、手または単純な器具で大きな３Ｄアレイを挿入するのに有用である。上述のシャトルベースの方法の非実用性（インプラントを再挿入する可能性がない、シャトルの後退による追加の組織損傷）は本質的に回避される。

【0010】

後者の方法を調べたときに、本発明者らの実験は、平面櫛形アレイに適用される場合の単純で直接的なコーティング技術のいくつかの弱点、単一の針をコーティングする場合には明らかではない弱点を明らかにした。補強コーティングを塗布しなければ、薄い可撓性インプラントの基部は、挿入するのに十分な剛性がないことが多い。さらに、インプラント全体が従来の浸漬コーティング技術を用いてコーティングされる場合、コーティングは隣接する針の間にブリッジを形成する傾向がある。その結果、神経組織へのインプラントの挿入は、はるかに多くの力を必要とし、はるかに多くの組織損傷を引き起こす。選択肢は、浸漬コーティング技術を使用しないことである。しかしながら、浸漬コーティングは、鋭い針先端をもたらす。したがって、架橋の問題が解決されれば、依然として好ましいコーティング方法である。

【0011】

さらに、このようにして挿入された平面電極アレイは、下にある組織に弱く付着するだけであり、突出するシャフトによって、およびコネクタによって、薄い側面でのみ支持される。アレイは、単に脳表面上に浮遊させるだけでなく、所定の位置に固定されるべきである。

【0012】

アレイの基部の十分に剛性で厚いコーティングは、電極アレイが所定の位置に留まるのを助けることができる。しかしながら、基部が電極針と同じ溶解性または生体吸収性コーティングでコーティングされている場合、この補強は経時的に消失し、インプラントの脱落につながることが多い。

【0013】

第４に、平面アレイの基部は、電極の読み出しまたは制御に必要な電子回路にそれらを接続するケーブルから、ねじり力を受ける傾向がある。これは、基部を下方にねじって、取り付けられた針を神経組織から引き抜く傾向がある。

【0014】

最後に、神経組織の表面上のより良好な固定を可能にする上部構造に、薄い可撓性電極アレイの基部を接続することは困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

したがって、改善された挿入および固定特性を有する可撓性神経電極アレイが依然として必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の第１の態様によれば、実質的に平面の神経電極アレイが開示され、電極アレイは、
－可撓性基部と、
－基部に取り付けられたコネクタケーブルと、
－基部から突出する１つまたは複数の可撓性シャフトであって、シャフトが櫛状構造を形成するように基部の同じ表面から同じ平面内に突出するように配置され、１つまたは複数のシャフトの各々が、１つまたは複数の電極接点を備え、電極接点が、コネクタケーブルに電気的に結合されている、１つまたは複数の可撓性シャフトと
を備え、
－第１の補強層が、基部および１つまたは複数のシャフトの近位部分にわたって延在し、近位部分が基部に隣接していることと、
－第２の吸収性または溶解性補強層が、１つまたは複数のシャフトの遠位部分にわたって延在し、遠位部分が基部から離れていることと
を特徴とし、
第１の補強層と第２の吸収性補強層との間に重なりがある。

【0017】

好ましくは、第２の吸収性補強層と基部との間には実質的に重なりがない。
本開示の文脈において、「神経電極アレイ」は、ヒトまたは他の哺乳動物の神経組織に移植可能であり、かつ組織の神経信号記録および／または神経刺激を目的とするデバイスとして理解されるべきである。

【0018】

本開示の文脈において、「可撓性」という形容詞は、電極アレイが、ユタアレイまたはニューロピクセルデバイスなどの神経記録用の現在の最先端のシリコンマイクロニードルアレイの剛性よりも実質的に低い剛性を有することを意味する。当業者は、電極アレイの剛性が、アレイの幾何学的形状およびアレイが作製される材料の弾性率の両方の関数であることを理解する。電極アレイは、インプラントで典型的に使用される金属またはセラミック材料よりも著しく低い、多くの場合数桁低い弾性率を有する材料で実質的に作製されているが、当業者は、この材料の弾性率が依然としてヒトまたは他の哺乳動物の神経組織の弾性率よりも数桁高い可能性があることを理解するであろう。したがって、本発明では、電極アレイは、その平面形状および面外方向の制限された厚さからその可撓性を主に得る。実質的にシリコンから作製されるより従来の神経電極アレイと比較すると、本発明による電極アレイは、少なくとも１桁大きい可撓性を有する。

【0019】

本開示の文脈において、「吸収性」または「生体吸収性」という形容詞は、「生きているヒトまたは他の哺乳動物の身体に挿入された後に身体によって分解および吸収されることができ、身体内に異物が実質的に残らず、身体内に持続的な炎症応答を引き起こさない」と理解されるべきである。「溶解性」という形容詞は、「体内に挿入された後に、生きているヒトまたは他の哺乳動物の身体によって排泄され得、身体内に異物を実質的に残さず、身体内に持続的な炎症反応を引き起こさない」と理解されるべきである。当業者は、そのような生体吸収性または溶解性材料を認識している。

【0020】

本発明による電極アレイは、実質的に平面であり、すなわち、その寸法のうちの２つが第３の寸法よりも実質的に大きい。電極アレイは、針またはストランドとも呼ばれるシャフトが取り付けられた実質的に平面の基部を備える。これらのシャフトはすべて、実質的に同じ平面内にある。シャフトは、電極アレイの基部と実質的に同じ平面内にある。シャフトはすべて、電極アレイの基部の同じ側から同じ方向に突出している。したがって、電極アレイは櫛状構造を有し、これは当業者に周知である。

【0021】

電極アレイは、主に可撓性、生体適合性および電気絶縁材料から構成される。これらの材料、典型的にはポリイミドまたはパリレン－Ｃなどのポリマーは、当業者に周知である。これらの材料から作られた平面電極アレイは、典型的には、従来の金属またはシリコンベースの電極アレイよりも桁違いに可撓性が高い。内部的には、電極アレイは、導電性材料のトレースを含む。これらのトレースは、電気絶縁材料で覆われていない場所であるシャフト上の電極接点を、電極アレイの基部に接続するコネクタケーブルに接続する。電極アレイは、数十から数百の電極接点を備えることができる。

【0022】

第１の補強層は、電極アレイの基部および電極アレイのシャフトの近位部分（基部に接続する部分）の上に延在する。第１の補強層は、基部および近位部分の表面積全体を覆っていなくてもよい。第１の補強層は、針の基部および近位部分を部分的にのみ覆ってもよい。第１の補強層は、基部および近位部分を完全に覆うことなく、基部および近位部分にわたって部分的または完全に延在してもよく、例えば、第１の補強層は、切り欠きを特徴としてもよい。基部全体および近位部分を完全に覆うことなくそれら全体にわたって延在する第１の補強層の例は、ハニカム構造の形態の補強層である。第１の補強層は、その全範囲にわたって均一な厚さを有する必要はない。

【0023】

第１の補強層は、生体適合性の電気絶縁材料で作られる。好ましくは、第１の補強層の材料は、体液または水溶液に溶解可能ではない。好ましくは、第１の補強層の材料は、生体吸収性ではない。第１の補強層に適した材料は、例えば、セラミックまたはポリイミドもしくはパリレン－ＣもしくはＵＶ硬化性のＵＳＰ ＶＩクラスのエポキシのようなポリマーである。第１の補強層は、主に厚さの増加の効果によって、電極アレイの基部および近位部分の剛性を増加させる。第１の補強層の材料の弾性率は、電極アレイの基部および針を構成する材料の弾性率より低くてもよいし、同等または高くてもよい。

【0024】

第２の補強層は、電極アレイのシャフトの遠位部分（基部から最も遠い部分）の上に延在する。第２の補強層は、生体適合性の電気絶縁材料で作られる。好ましくは、第２の補強層の材料は、体液または水溶液に溶解可能である。好ましくは、第２の補強層の材料は、生体吸収性である。第２の補強層は、例えば、ポリエチレングリコール、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、デキストランまたはスクロースから作製することができる。

【0025】

第２の補強層の材料を選択する際の重要なパラメータは、材料の分解または生体吸収に必要な時間である。電極アレイを神経組織に移植した後、第２の補強層の完全な吸収に必要な時間が３～４週間より長い場合、流体で満たされた空隙が電極アレイのシャフトの周りに残る可能性が高い。この場合、アレイの電極接点と周囲の神経組織との間の接触は、アレイを適切に機能させるには不十分である。さらに、神経組織へのアレイの接着性は非常に悪くなる。一方、第２の補強層の材料が特定の状況下で非常に急速に劣化または溶解する場合、第２の補強層は、電極アレイの移植前または移植中に既にその機能を失っている可能性がある。これは、例えば、手術室の典型的な温度および湿度に曝されたときに、スクロースから作られた第２の補強層に起こり得る。これらの理由から、第２の補強層は、好ましくは、特定のタイプのＰＬＧＡなど、吸収時間が４週間未満であるが数時間を超える材料から作製される。

【0026】

第２の補強層は、主に厚さの増加の効果によって、電極アレイの遠位部分の剛性を増加させる。第２層の材料の弾性率は、電極アレイの針を構成する材料の弾性率より低くてもよいし、同等または高くてもよい。

【0027】

第２の補強層の好ましい厚さは、５０～２００ミクロン、より好ましくは１００～１５０ミクロンである。

【0028】

シャフトがその全長にわたって補強されるように、第１の補強層と第２の補強層との間に重なりがある。重複領域では、第２の補強層が第１の補強層の上に塗布されることが好ましい。好ましくは、第１の補強層と第２の補強層との間の重なりの程度は、５０ミクロン以上である。好ましくは、第１の補強層と第２の補強層との間の重なりの程度は、５００ミクロン以下である。

【0029】

電極アレイの針が第２の補強層を塗布するためにコーティング浴に挿入されるとき、コーティングは、アレイの隣接する針の間にメニスカスを形成する傾向がある。当業者は、シャフトの表面とコーティングとの間の接触角に応じて、形成されるメニスカスが凹状または凸状であり得ることを理解する。典型的には、第２の補強層の塗布に使用される材料は、接触角が９０°よりも小さく、凹状メニスカスが形成されるように、コーティングされていないシャフトの表面材料に引き付けられる。これは、例えば、ポリイミドまたはパリレン－Ｃに塗布されるＰＬＧＡコーティングの場合である。あるいは、第２の補強層の塗布に使用される材料とコーティングされていないシャフトの表面材料との間の接触角が９０°よりも大きい場合、凸状メニスカスが形成される。凹状メニスカスの形成をもたらす典型的な材料の組み合わせでは、メニスカスの頂点は凹状メニスカスの底部に対応する。あるいは、凸状メニスカスの形成をもたらす材料の組み合わせでは、メニスカスの頂点は凸状メニスカスの上部に対応する。

【0030】

メニスカスの頂点がアレイの基部と接触しない場合、コーティング浴からのアレイの後退時に、コーティング層は、隣接する針の間にコーティングブリッジを形成することなく個々の針に接着する。対照的に、このメニスカスの頂点がアレイの基部と接触する場合、コーティング浴からのアレイの後退時に、隣接する針の間にコーティングブリッジが形成される。後者の場合、第２の補強層の塗布は、電極アレイを櫛状構造から楔状構造に変換する。これは、神経組織への楔状構造の挿入が櫛状構造の挿入よりもはるかに大きな力を必要とし、神経組織にはるかに多くの損傷を引き起こすので望ましくない。

【0031】

第２の補強層の塗布時に隣接する針の間にコーティングブリッジが形成されることを回避するために、好ましくは、第２の補強層と電極アレイの基部との間は実質的に重なり合わない。当業者は、コーティングブリッジの形成なしに許容され得る第２の補強層と電極アレイの基部との間の重なりの量が、とりわけ、針の材料、基部および第１の補強層、コーティング浴の組成、ならびに温度またはコーティング浴からの電極アレイの後退速度などのコーティング塗布の条件に依存することを理解している。好ましくは、電極アレイの針の近位部分（その上に第１の補強層が延在する）は、第１の補強層と第２の補強層との間の重なり距離よりも長い長さを有する。

【0032】

電極アレイの利点は、第１および第２の補強層が可撓性電極アレイの基部およびシャフトを補強し、したがって電極アレイのシャフトがヒトまたは他の哺乳動物の神経組織または脳髄膜に挿入されることを可能にすることである。

【0033】

電極アレイのさらなる利点は、後に電極アレイが挿入された神経組織と共にシャフトが移動できるように、挿入後に第２の補強層が溶解または吸収されることである。一方、第１の補強層は、好ましくは、電極アレイの基部が所定の位置に留まるのに十分な剛性を維持し、劣化しない。

【0034】

追加の利点は、第１の補強層が電極アレイの基部の厚さを増加させ、それによって電極アレイの基部と電極アレイのシャフトが挿入される神経組織の表面との間の接触面積を増加させることである。その結果、電極アレイは、このより大きな表面積によってもたらされる支持および摩擦の増加のために、定位置に留まる傾向がより高い。さらに、それは、請求項７および８に記載するような支持プラットフォームへの取り付けを可能にする。

【0035】

第２の補強層が基部と実質的に重ならないことは、電極アレイのさらなる利点となり得る。結果として、第２の補強層の塗布中、２つの隣接するシャフト間にコーティングブリッジは形成されない。したがって、各シャフトは完全にコーティングされるが、シャフト間の空間は第２の補強層によって架橋されない。その結果、個別にコーティングされた針状シャフトのみが髄膜および神経組織を貫通する必要があるため、電極アレイの挿入に必要な力が少なく、組織損傷が少ない。

【0036】

本開示の残りの部分では、基部および１つまたは複数のシャフトを含むが、第１および第２の補強層を含まない、本発明の第１の態様による電極アレイの部分的な実現は、「非被覆電極アレイ」と呼ぶことができる。

【0037】

本開示の残りの部分では、基部と、１つまたは複数のシャフトと、第１の補強層とを含むが、第２の補強層を含まない、本発明の第１の態様による電極アレイの部分的な実現は、「部分的にコーティングされた電極アレイ」と呼ぶことができる。

【0038】

本開示の残りの部分では、電極アレイの「コーティングされた基部」は、電極アレイの基部を、基部に塗布された第１の補強層と共に指す。

【0039】

電極アレイのいくつかの実施形態では、近位部分は、５０ミクロン以上５００ミクロン以下の長さを有する。好ましくは、近位部分は、第１の補強層と第２の補強層との間の重なり距離よりも長い長さを有する。

【0040】

近位部分の長さの賢明な選択の利点は、３つの目的を同時に実現できることである。第１に、アレイの針は、第１の補強層と第２の補強層との間の重なりを介して、それらの全長にわたって補強することができる。第２に、好ましくは溶解性でも吸収性でもない第１の補強層が、電極アレイの挿入時に組織内に突出する程度は、制限され得る。第３に、電極アレイの隣接する針の間のコーティングブリッジの形成を回避することができる。

【0041】

電極アレイのいくつかの実施形態では、電極アレイのシャフトの遠位先端部は、４５°よりも小さい先端角を有し、先端角は、シャフトの遠位先端部に見られる最も鋭い角として定義される。好ましくは、シャフトの遠位先端部は、楔形または角錐形である。

【0042】

これらの実施形態の利点は、より鋭い先端角を有する電極アレイが神経組織への挿入に必要な力がより少ないことである。

【0043】

電極アレイのいくつかの実施形態では、電極アレイのコーティングされた基部は、１つまたは複数のオリフィスを備える。

【0044】

これらの実施形態の利点は、組織がオリフィスを通って成長することができ、それによって電極アレイを定位置に固定することができることである。あるいは、オリフィスを使用して、電極アレイを別の外科的に導入された機械的構造に固定することができる。この固定は、例えばクリック機構などの機構によって、または生体適合性接着剤もしくはポリマーによって行うことができる。好ましくは、アレイを組織に固定するために使用されるオリフィスは、アレイの基部および第１の補強層を厚さ方向に貫通して延在し、数十ミクロン程度の直径を有する。好ましくは、電極アレイの基部は、１０を超えるそのようなオリフィスを備える。好ましくは、アレイを機械的構造に固定するために使用されるオリフィスは、数百ミクロン程度の直径を有する。好ましくは、これらのオリフィスは、電極アレイのコーティングされた基部にわたって分散される。好ましくは、これらのオリフィスは、電極アレイのコーティングされた基部上に２次元パターンで配置される。

【0045】

電極アレイのいくつかの実施形態では、コネクタケーブルは分割多芯蛇行ケーブルである。本開示の文脈において、「多芯」という用語は、コネクタケーブルが２本または複数のワイヤを含み、ワイヤが電気絶縁体によって囲まれた導電体であることを意味する。好ましくは、コネクタケーブルは、電極アレイの電極接点ごとに１本のワイヤを備える。好ましくは、アレイの電極接点の各々は、コネクタケーブルの別個のワイヤに電気的に接続される。あるいは、コネクタケーブルは、電極アレイの電極接点の数よりも少ないまたは多い数のワイヤを備え得る。第１の代替例では、２つまたは複数の電極接点が同じワイヤに接続されてもよく、または１つまたは複数の電極接点が未接続のままであってもよい。第２の代替例では、２本または複数のワイヤが同じ電極接点に接続されてもよく、または１本または複数のワイヤが未接続のままであってもよい。ケーブルのワイヤの各々は、中実導体または撚り導体を備え得る。

【0046】

好ましくは、ケーブルのワイヤのすべてが単一のシースに一緒にグループ化されるのではなく、ワイヤは複数の別個のシースにわたって分散される。例えば、１６本のワイヤを備えるコネクタケーブルの場合、これらのワイヤは、各シースが４本のワイヤを備える４つの別個のシースに分散することができる。したがって、この例では、コネクタケーブルは４本の別個のケーブルからなり、別個のケーブルの各々の断面（各々が４本のワイヤおよび１つのシースからなる）は、１６本の同等のワイヤおよび１つのシースからなるケーブルの断面よりも小さい。好ましくは、これらの別個のケーブルは、それぞれの端部を除いて、互いに取り付けられていない。好ましくは、別個のケーブルの各々は、蛇行形状に予め形成される。

【0047】

これらの実施形態の利点は、分割された多芯ケーブルのねじり剛性が、別個のケーブルのより低い極慣性モーメントに起因して、同等の断面の同等の数のワイヤを運ぶ単一の多芯ケーブルのねじり剛性よりも低いことである。

【0048】

これらの実施形態のさらなる利点は、予め形成された蛇行ケーブルが余分な長さを有し、したがって伸縮性であることである。

【0049】

そのより低いねじり剛性および伸縮性のために、分割多芯蛇行コネクタケーブルは、手術中にほとんど不可避であるコネクタケーブルのねじれおよび引っ張りに起因して電極アレイに及ぼされるねじり力を低減する。電極アレイに伝達されるねじり力を制限することにより、分割多芯蛇行ケーブルは、電極アレイを損傷または脱落させる可能性を減少させる。

【0050】

本発明の第２の態様によれば、神経インプラントが開示され、デバイスは、
－請求項１に記載の１つまたは複数の神経電極アレイと、
－電子装置ユニットと
を備え、
１つまたは複数の電極アレイのコネクタケーブルが、電子装置ユニットに電気的に接続されている。

【0051】

インプラントの１つまたは複数の神経電極アレイは、ヒトまたは他の哺乳動物の神経組織に移植可能であり、組織の神経信号記録および／または神経刺激を目的とする。

【0052】

好ましくは、電子装置ユニットは、神経組織と神経組織を取り囲む１つまたは複数の保護層との間に移植される。例えば、脳内への電極アレイの移植の場合、電子装置ユニットは、脳の髄膜と頭蓋骨との間に移植することができる。

【0053】

好ましくは、電子装置ユニットは、インプラントが移植されたヒトまたは他の哺乳動物の体外に位置するデバイスから電力を受け取ることができるように、無線電力伝送のためのシステムを備える。当業者は、例えば誘導電力伝送など、短距離にわたる無線電力伝送に適したシステムを知っている。

【0054】

好ましくは、電子装置ユニットは、インプラントが移植されているヒトまたは他の哺乳動物の体外に位置するデバイスとデータを送受信することができるように、無線データ通信のためのシステムを備える。当業者は、例えばＮＦＣまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など、短距離にわたる無線データ通信に適したシステムを知っている。

【0055】

デバイスのいくつかの実施形態では、１つまたは複数の電極アレイの基部は、プラットフォームによって機械的に接続される。好ましくは、１つまたは複数の電極アレイの基部は、オリフィスを備え、例えばクリック機構などの機構によってまたは生体適合性接着剤もしくはポリマーによって、プラットフォームに機械的に接続される。

【0056】

好ましくは、プラットフォームは、生きているヒトまたは他の哺乳動物の身体によって溶解可能または吸収可能ではない生体適合性材料から作製される。適切な材料は当業者に周知であり、例えばチタン、ＰＭＭＡまたはシリコーンを含む。好ましくは、プラットフォームは神経組織内に移植されず、神経組織の上に浮いており、頭蓋骨に接続されていない。

【0057】

これらの実施形態の利点は、１つまたは複数の電極アレイをプラットフォームに機械的に接続することによって、電極アレイの機械的安定性が増大することである。１つまたは複数の電極アレイの機械的安定性を高めることにより、プラットフォームは、電極アレイを損傷または脱落させる可能性を減少させる。

【0058】

デバイスがデバイスの１つまたは複数の電極アレイに接続されたプラットフォームを備えるデバイスのいくつかの実施形態では、プラットフォームはその場で作成される。

【0059】

例えば、脳内への電極アレイの移植の場合、プラットフォームをその場で作成することができ、頭蓋内の一時的な開口部（電極アレイの移植に必要）は、例えば速硬化性生体適合性シリコーンからプラットフォームを鋳造するための鋳型として機能することができる。

【0060】

これらの実施形態の利点は、プラットフォームの形状を下にある神経組織の表面形状に適合させることができることである。

【0061】

これらの実施形態のさらなる利点は、生体組織へのプラットフォームの専用の取り付けが必要とされないことである。頭蓋骨の閉鎖後、プラットフォームは、下にある脳表面との適合性および上にある頭蓋骨表面からの圧迫のために所定位置に留まることができる。

【0062】

デバイスのいくつかの実施形態では、１つまたは複数の電極アレイは、取り外し可能なホルダに格納され、ホルダは、１つまたは複数の電極アレイを互いに分離する。このホルダは、１つまたは複数の電極アレイのための一時保管部として機能し、一般に、ホルダは移植されず、好ましくは手術中に廃棄される。任意選択的に、ホルダは、上述のように１つまたは複数の挿入された電極アレイの基部を機械的に接続するためのプラットフォームとして再利用できるように適合される。後者の場合、ホルダは手術中に廃棄されない。

【0063】

これらの実施形態の利点は、ホルダが、保管または輸送中の機械的損傷または汚染から１つまたは複数の電極アレイを保護することである。

【0064】

これらの実施形態のさらなる利点は、ホルダが１つまたは複数の電極アレイを互いにくっつかないように分離することである。

【0065】

これらの実施形態のさらなる利点は、ホルダが電極アレイをより容易につかむことを可能にすることである。

【0066】

本発明の第３の態様によれば、請求項１に記載の神経電極アレイを製造方法であって、方法は、
－平面基板を用意するステップと、
－平面基板を犠牲層でコーティングするステップと、
－犠牲層上に電気絶縁材料の少なくとも第１層を堆積させるステップと、
－第１層上に１つまたは複数の金属トレースおよび電極接点を堆積させるステップと、
－第１層および金属トレース上に電気絶縁材料の少なくとも第２層を堆積およびパターニングするステップと、
－第１の補強層を塗布するステップと、
－第２の吸収性補強層を塗布するステップと
を含む。

【0067】

少なくとも第１層および少なくとも第２層に使用される電気絶縁材料は、可撓性で生体適合性である。適切な材料の例は、ポリイミドまたはパリレン－Ｃである。好ましくは、第１層および第２層に使用される材料は同じである。第２層は、電極接点およびボンドパッドを除いて、金属トレースを完全に覆うようにパターニングされる。

【0068】

平面基板の表面は、電極アレイを製造するための基板として機能する。適切な基板の例は、例えばシリコンウェハである。第１の補強層の塗布のために選択された特定の方法に応じて、神経電極アレイは、層の塗布の前または後に基板から解放され得る。解放は、例えば上述の犠牲層を溶解することによって行うことができる。

【0069】

任意選択的に、平面基板は、基板内に神経電極アレイ用の鋳型を作成するために異方的にパターニングおよびエッチングすることができ、鋳型は、上部に構築された電極アレイのシャフトに先端が尖ったパターンが転写されるように成形される。

【0070】

本方法のいくつかの実施形態では、第１の補強層は、第１の浸漬コーティングプロセスを用いて塗布され、第２の補強層は、第２の浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される。

【0071】

電極アレイは、第１の浸漬コーティングプロセスを受ける前に基板から解放される。第１の浸漬コーティングプロセスでは、電極アレイの基部および電極アレイのシャフトの近位部分は、コーティング浴への挿入によってコーティングされる。挿入は、シャフトが突出している側とは反対の基部の側から開始される。電極アレイは、基部およびシャフトの近位部分が浴に浸漬されるまで、コーティング浴にさらに挿入される。第１の浸漬コーティングプロセスは、電極アレイの基部およびシャフトの近位部分上に第１の補強層を形成する。

【0072】

第２の浸漬コーティングプロセスでは、電極アレイのシャフトの遠位部分が、コーティング浴への挿入によってコーティングされる。挿入は、シャフトが電極アレイの基部に接続している側とは反対側のシャフトの遠位端から開始される。電極アレイは、シャフトの遠位部分が浴に浸漬されるまで、コーティング浴にさらに挿入される。シャフトをコーティング浴に挿入すると、毛細管張力により、コーティング材料が隣接するシャフト間に凹状メニスカスが形成される。凹状メニスカスの頂点が電極アレイの基部に接触するまでシャフトがコーティング浴に挿入される場合、コーティングは、コーティング浴からインプラントを後退させると隣接するシャフト間にコーティングブリッジを形成する。この現象を回避するために、電極アレイのシャフトは、凹状メニスカスの頂点が電極アレイの基部の所定の距離内に来るまでゆっくりと挿入される。この距離は、電極アレイのシャフト間で架橋が生じ得ないように選択される。その最大挿入深さに達した後、電極アレイを後退させる。電極アレイの基部は、第２の浸漬コーティングプロセス中にコーティング浴に挿入されない。電極アレイの基部は、第２の浸漬コーティングプロセス中にコーティング浴に接触しない。第２の浸漬コーティングプロセスは、電極アレイのシャフトの遠位部分上に第２の補強層を形成する。

【0073】

これらの実施形態の利点は、両方のステップの各々において、電極アレイをコーティング浴に挿入されていない位置でクランプすることができるため、２ステップ浸漬コーティングプロセスが電極アレイを確実に覆うことである。

【0074】

これらの実施形態のさらなる利点は、第２の浸漬コーティングプロセスがシャフトの遠位端の先端角を減少させることである。

【0075】

これらの実施形態のさらなる利点は、電極アレイの基部がコーティング浴に接触しないため、第２の浸漬コーティングプロセスが電極アレイの個々のシャフト間にコーティングブリッジを形成しないことである。

【0076】

本方法のいくつかの実施形態では、第１の補強層は成形プロセスを用いて塗布され、第２の補強層は浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される。

【0077】

電極アレイは、成形プロセスを受ける前に基板から解放される。成形プロセスにおいて、電極アレイは、予め製造された鋳型に挿入される。続いて、第１の補強層の材料を鋳型に入れる。鋳型は、第１の補強層の材料が電極アレイのシャフトの基部および近位部分を覆うように構成される。第１の補強層の硬化後、電極アレイは離型される。続いて、浸漬コーティングプロセスを用いて第２の補強層を電極アレイに塗布する。

【0078】

浸漬コーティングプロセスは、上述した第２の浸漬コーティングプロセスと同様である。浸漬コーティングプロセスの利点は、上述の第２の浸漬コーティングプロセスの利点と同様である。

【0079】

これらの実施形態の利点は、第１の補強層の幾何学的形状を自由に選択できることである。

【0080】

本方法のいくつかの実施形態では、第１の補強層は、ウェハスケール堆積プロセスを用いて塗布され、第２の補強層は、浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される。

【0081】

堆積プロセスにおいて、第１の補強層は、電極アレイがそのキャリア基板から解放される前に堆積される。当業者は、第１の補強層の堆積のための適切な技術を認識しており、１つの可能な例は、リソグラフィ堆積の使用である。

【0082】

電極アレイは、浸漬コーティングプロセスを受ける前に基板から解放される。浸漬コーティングプロセスは、上述した第２の浸漬コーティングプロセスと同様である。浸漬コーティングプロセスの利点は、上述の第２の浸漬コーティングプロセスの利点と同様である。

【0083】

これらの実施形態の利点は、第１の補強層をウェハスケールで堆積させることができ、それにより、バッチ間の一貫性が改善され、コストおよびスループットのスケーラビリティおよび製造の精度が向上する可能性があることである。

【0084】

本方法のいくつかの実施形態では、第１の補強層は、非被覆電極アレイとは別に製造される。第１の補強層は、当業者に知られている任意の適切なプロセス、例えば成形プロセスまたは堆積プロセスを用いて製造することができる。第１の補強層の製造は、レーザ切断を含み得る。続いて、第１の補強層が非被覆電極アレイに取り付けられた後、浸漬コーティングプロセスを用いて第２の補強層が塗布される。第１の補強層は、当業者に知られている任意の適切な取り付けを使用して、例えば生体適合性接着剤で接着することによって、または熱的手段によって、非被覆電極アレイに取り付けることができる。

【0085】

浸漬コーティングプロセスは、上述した第２の浸漬コーティングプロセスと同様である。浸漬コーティングプロセスの利点は、上述の第２の浸漬コーティングプロセスの利点と同様である。

【0086】

これらの実施形態の利点は、第１の補強層の製造プロセスを自由に選択することができ、それによって、コスト、精度、またはスループットに向けて電極アレイの製造を最適化することを可能にすることである。

【0087】

本方法のいくつかの実施形態では、平面基板はシリコンウェハである。好ましくは、ウェハの｛１１１｝結晶面は、ウェハの表面に対して実質的に鋭い角度で傾斜しており、ウェハ内に神経電極アレイ用の鋳型を作成するためにウェハを異方的にパターニングおよびエッチングすることができる。これらの実施形態では、犠牲層上への電気絶縁材料の少なくとも第１層の堆積は、基板を部分的に満たす。

【0088】

本開示の文脈では、実質的に鋭い角度は、５４．７°よりも小さい角度であり、これは、｛１１１｝結晶面と標準的な（１００）シリコンウェハの表面との間の傾斜である。

【0089】

これらの実施形態の利点は、シリコンの｛１１１｝結晶面が、ＫＯＨおよびＴＭＡＨなどの湿式異方性エッチャントにおいて非エッチングであることである。これらの実施形態によるウェハのエッチングマスク堆積、リソグラフィマスクパターニングおよび異方性エッチングは、電極アレイの製造のための基板として使用することができるほぼ原子的に鋭い先端を有するピットを生成する。この基板を使用して製造された電極アレイは、シャフトの遠位端に鋭い先端角を有し、それによって神経組織への挿入に必要な力が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【0090】

【図1】本発明による、第１の補強層を含むが第２の補強層を含まない、部分的にコーティングされた電極アレイの実施形態を概略的に示す。

【図2】本発明による、第１の補強層および第２の補強層を備える電極アレイの一実施形態を概略的に示す。

【図3】線Ａ－Ａ’による図１および図２の実施形態全体の断面を模式的に示す。

【図4】浸漬コーティングプロセスを用いた第２の補強層の塗布中の、隣接するシャフト間の流体メニスカスの形成を模式的に示す。

【図5】本発明による電極アレイのコネクタケーブルの一実施形態を模式的に示す。

【図6】ヒトまたは他の哺乳動物の脳に挿入される電極アレイの実施形態を概略的に示す。

【図7】本発明によるインプラントの一実施形態を概略的に示す。

【図8】本発明による、取り外し可能なホルダを備えるインプラントの一実施形態を概略的に示す。

【図9】本発明による、プラットフォームを備えるインプラントの一実施形態を概略的に示す。

【図10(a)】本発明による電極アレイの製造方法のステップを模式的に示す。

【図10(b)】本発明による電極アレイの製造方法のステップを模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0091】

本開示を特定の実施形態に関して説明するが、それは本開示を例示するものであり、限定として解釈されるべきではない。本開示は、特に示されたおよび／または説明されたものによって限定されず、本開示の全体的な教示に照らして代替または修正された実施形態が開発され得ることが理解されよう。説明される図面は概略的なものに過ぎず、非限定的である。

【0092】

本明細書を通して「実施形態」または「一実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本開示の１つまたは複数の実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「実施形態では、」または「一実施形態では、」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではないが、そうである場合もある。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、本開示から当業者に明らかであるように、任意の適切な方法で組み合わせることができる。

【0093】

図１は、本発明による部分的にコーティングされた電極アレイの一実施形態を概略的に示す。図１による電極アレイ１は、実質的に平面であり、すなわち、その寸法のうちの２つが第３の寸法よりも実質的に大きい。電極アレイは、針とも呼ばれるシャフト１０が取り付けられた実質的に平面の基部２０を備える。これらのシャフト１０はすべて、実質的に同じ平面内にある。シャフト１０は、電極アレイ基部２０と実質的に同じ平面内にある。シャフト１０はすべて、電極アレイの基部２０の同じ側から同じ方向に突出している。したがって、電極アレイ１は櫛状構造を有し、これは当業者に周知である。好ましくは、基部２０とシャフト１０とを備える非被覆電極アレイは、０．５ミクロンを超える、より好ましくは１ミクロンを超える厚さを有する。好ましくは、基部２０とシャフト１０とを備える非被覆電極アレイは、１００ミクロン未満、より好ましくは５０ミクロン未満の厚さを有する。

【0094】

電極アレイは、可撓性で生体適合性の電気絶縁材料から作られる。これらの材料、例えばポリイミドまたはパリレン－Ｃは、当業者に周知である。内部的には、電極アレイは、導電性材料のトレースを含む（図１では標識されていない）。これらのトレースは、電気絶縁材料で覆われていない場所であるシャフト１０上の電極接点３０を、電極アレイ１の基部２０に接続するコネクタケーブル（図１には示されていない）に接続する。好ましくは、トレースおよび電極接点の導電性材料は、白金、金、酸化イリジウム、カーボンナノチューブまたはＰＥＤＯＴから選択される。

【0095】

図示の実施形態では、シャフト間の間隔は一定であるが、この間隔は可変であってもよい。好ましくは、電極アレイは、１個を超えるシャフト、より好ましくは５個を超えるシャフト、さらにより好ましくは１０個を超えるシャフト、最も好ましくは１５個を超えるシャフトを備える。好ましくは、電極アレイは、２００個未満のシャフト、より好ましくは１００個未満のシャフト、さらにより好ましくは５０個未満のシャフト、最も好ましくは３５個未満のシャフトを備える。好ましくは、シャフトの各々は、１０～５００ミクロンの幅を有する。好ましくは、シャフト間の距離は０．５ｍｍ以上である。好ましくは、シャフト間の距離は１ｍｍ以下である。好ましくは、遠位端１２におけるシャフト１０の先端角は、４５°よりも小さい。より好ましくは、遠位端１２におけるシャフト１０の先端角は、３０°よりも小さい。さらにより好ましくは、遠位端１２におけるシャフト１０の先端角は、２０°よりも小さい。先端角が小さいほど、電極アレイが組織を貫通しやすくなる。

【0096】

好ましくは、電極接点は、シャフトの長さに沿って等間隔に配置される。好ましくは、電極アレイは、シャフト長さ１０ｍｍ当たり１つまたは複数の電極接点、より好ましくはシャフト長さ１０ｍｍ当たり２つまたは複数の電極接点、さらにより好ましくはシャフト長さ１０ｍｍ当たり５つまたは複数の電極接点、最も好ましくはシャフト長さ１０ｍｍ当たり１０または複数の電極接点を備える。好ましくは、電極アレイは、シャフト長さ１０ｍｍ当たり１００以下の電極接点、より好ましくはシャフト長さ１０ｍｍ当たり５０以下の電極接点、さらにより好ましくはシャフト長さ１０ｍｍ当たり２０以下の電極接点を備える。当業者は、電極接点の数を、電極アレイが挿入される神経組織、ならびに電極アレイの特定の目的に適合させることができることを理解するであろう。当業者はまた、電極接点の間隔が、神経組織の記録または刺激のための分解能と電極アレイの製造複雑性との間の妥協点であることを理解するであろう。

【0097】

図示の実施形態では、様々なシャフトの長さが異なるが、これらの長さは同一であってもよい。図示の実施形態では、様々なシャフトの長さは単調に増加または減少するが、シャフト長さの変動は任意のパターンに従ってもよい。好ましくは、シャフトの長さは、神経組織に電極アレイを挿入すると、電極接点の大部分が灰白質に位置するような長さである。好ましくは、シャフトの長さは、神経組織に電極アレイを挿入すると、電極接点が標的領域の灰白質層の厚さの実質的な部分として分布するような長さである。

【0098】

例えば、人間の視覚皮質の灰白質を探査するために、電極アレイの最短シャフトは、好ましくは０．２ｍｍより長く、より好ましくは０．５ｍｍより長く、さらにより好ましくは１ｍｍより長い。電極アレイの最短シャフトは、好ましくは３．５ｍｍ未満、より好ましくは３．０ｍｍ未満、さらにより好ましくは２．５ｍｍ未満である。電極アレイの最長シャフトは、好ましくは２０ｍｍより長く、より好ましくは２５ｍｍより長く、さらにより好ましくは３０ｍｍより長い。電極アレイの最長シャフトは、好ましくは６０ｍｍ未満、より好ましくは５５ｍｍ未満、さらにより好ましくは５０ｍｍ未満である。これにより、最短シャフトは、視覚皮質の脳回上の灰白質層の厚さ全体を探査することができ、最長シャフトは、視覚皮質の溝に隣接する灰白質層の全範囲を探査することができる。当業者は、シャフトの長さを、電極アレイが挿入される神経組織、ならびに電極アレイの特定の目的に適合させることができることを理解するであろう。

【0099】

第１の補強層４０は、電極アレイ１の基部２０および電極アレイ１のシャフト１０の近位部分（基部２０に接続する部分）の上に延在する。第１の補強層４０は、生体適合性の電気絶縁材料で作られる。シャフト１０の近位部分にわたって延在することにより、第１の補強層４０は、神経組織への電極アレイの挿入時に最大の機械的応力に遭遇する位置でシャフトを補強する。好ましくは、第１の補強層４０は、５０ミクロン以上の距離にわたってシャフト１０の近位部分にわたって延在する。好ましくは、第１の補強層４０は、５００ミクロン以下の距離にわたってシャフト１０の近位部分にわたって延在する。好ましくは、第１の補強層４０は、１００ミクロン以上の厚さを有する。好ましくは、第１の補強層４０は、５００ミクロン以下の厚さを有する。

【0100】

好ましくは、第１の補強層の材料は、体液または水溶液に溶解可能ではない。好ましくは、第１の補強層の材料は、生体吸収性ではない。第１の補強層の材料は、ヒトまたは他の哺乳動物の神経組織の典型的な弾性率よりも低い、等しい、または高い弾性率を有し得る。この層に適した材料には、ＵＶ硬化性のＵＳＰ ＶＩクラスのエポキシが含まれる。当業者は、第１の補強層の厚さが、とりわけ第１の補強層の材料に依存し得ることを理解している。例えば、エポキシで構成された第１の補強層の場合、約２５０ミクロンの厚さが適切であると思われる。

【0101】

図１の実施形態では、基部２０および第１の補強層４０は、多数のオリフィス２１を備える。電極アレイの挿入後、結合組織ｍａｇは、これらのオリフィスを通って成長し、それによって、電極アレイを適所にロックする。あるいは、電極アレイは、生体適合性接着剤またはポリマーを使用して適所に接着されてもよく、オリフィスは、接着剤またはポリマーを電極アレイに取り付けるための追加の表面積を提供する。

【0102】

好ましくは、アレイを組織に固定するために使用されるオリフィスは、アレイの基部および第１の補強層を厚さ方向に貫通して延在し、数十ミクロン程度の直径を有する。好ましくは、アレイを機械的構造に固定するために使用されるオリフィスは、数百ミクロン程度の直径を有する。好ましくは、オリフィスは、電極アレイの基部の表面積の１０％超に及ぶ。

【0103】

図２は、本発明による電極アレイの一実施形態を概略的に示す。図２の実施形態は、第２の補強層５０が追加された図１の実施形態に対応する。図１の実施形態のすべての特徴は、図２の実施形態に存在するが、読みやすさのために、必ずしも標識付けされているわけではない。

【0104】

第２の補強層５０は、電極アレイ１のシャフト１０の遠位部分にわたって延在する。第２の補強層５０は、生体適合性の電気絶縁材料で作られる。第２の補強層は、例えば、ポリエチレングリコール、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、デキストランまたはスクロースから作製することができる。好ましくは、第２の補強層の材料は、体液または水溶液に溶解可能である。好ましくは、第２の補強層の材料は、生体吸収性である。第２の補強層は、主に厚さの増加の効果によって、電極アレイの遠位部分の剛性を増加させる。第２層の材料の弾性率は、電極アレイの針を構成する材料の弾性率より低くてもよいし、同等または高くてもよい。当業者は、第２の補強層の必要な厚さが、とりわけ、第２の補強層の材料およびシャフトの場合は形状に依存し得ることを理解している。例えば、ＰＬＧＡから構成される第２の補強層の場合、約１２０ミクロンの直径が、アレイのコーティングされたシャフトの各々に適しているようである。

【0105】

シャフト１０がその全長にわたって補強されるように、第１の補強層４０と第２の補強層５０との間に重なりがある。重複領域では、第２の補強層５０が第１の補強層４０の上に塗布されることが好ましい。好ましくは、第１の補強層と第２の補強層との間の重なりの程度は、５０ミクロン以上である。好ましくは、第１の補強層と第２の補強層との間の重なりの程度は、５００ミクロン以下である。

【0106】

浸漬コーティングプロセスを用いて第２の補強層５０が塗布される場合に、シャフト１０間の架橋の可能性を回避するために、第２の補強層５０と電極アレイ１の基部２０との間は実質的に重なり合わない。

【0107】

図３は、線Ａ－Ａ’による図１および図２の実施形態全体の断面を模式的に示す。図３の上部には、図１の実施形態の断面が示されている。１つの電極接点３０が模式的に示されている。図３の下部には、図２の実施形態の断面が示されている。第２の補強層５０は、第１の補強層４０と重なり、シャフトの全長にわたる補強を確実にする。第２の補強層５０は、電極接点３０を覆っている。電極接点３０が神経組織と接触することができるのは、挿入後、第２の補強層５０が溶解または吸収されたときだけである。好ましくは、第２の補強層５０は、シャフト１０の遠位端１２に鋭い先端をもたらす技術を使用して適用される。浸漬コーティングは、これらの技術の中で最もよく知られており、最も経済的である。浸漬コーティングプロセスを用いて塗布される第２の補強層は、典型的には、シャフトの平面内のコーティングされていないシャフトの先端角に従う。

【0108】

図４は、浸漬コーティングプロセスを用いた部分的にコーティングされた電極アレイ１への第２の補強層の塗布を模式的に示す。このプロセスでは、電極アレイのシャフト１０の遠位部分は、コーティング浴２００への挿入によってコーティングされる。挿入は、シャフトが電極アレイの基部２０に接続している側とは反対側のシャフトの遠位端から開始される。電極アレイ１は、シャフト１０の遠位部分が浴に浸漬されるまで、コーティング浴２００にさらに挿入される。シャフト１０をコーティング浴２００に挿入すると、毛細管張力により、コーティング材料は、隣接するシャフト間に凹状メニスカス２０１を形成する。凹状メニスカス２０１の頂点２０２が電極アレイ１の基部２０に接触するまでシャフト１０がコーティング浴２００に挿入される場合、コーティングは、コーティング浴２００からアレイ１を後退させると隣接するシャフト間にコーティングブリッジを形成する。

【0109】

この現象を回避するために、電極アレイ１のシャフト１０は、凹状メニスカス２０１の頂点２０２が電極アレイ１の基部２０の所定の距離内に来るまでゆっくりと挿入される。この距離は、電極アレイ１のシャフト１０間で架橋が生じ得ないように選択される。その最大挿入深さに達した後、電極アレイ１を後退させる。電極アレイ１の基部２０は、浸漬コーティングプロセス中にコーティング浴に挿入されない。電極アレイの基部２０は、浸漬コーティングプロセス中にコーティング浴の表面に接触しない。

【0110】

好ましくは、電極アレイ１は、流体メニスカス２０１の表面が第１の補強層４０と重なるように、コーティング浴２００に十分に深く挿入される。これにより、浸漬コーティングプロセスによって塗布された第２の補強層が第１の補強層４０と重なることが保証される。

【0111】

図５は、本発明による電極アレイのコネクタケーブルの一実施形態を模式的に示す。図５の実施形態では、コネクタケーブル３２は、１６本のワイヤ３３を備える分割多芯蛇行ケーブルである。ワイヤ３３は、個々に絶縁され、保護シース内で対ごとにグループ化される。ケーブル３２のワイヤ３３の各々は、中実導体または撚り導体を備え得る。２本のワイヤ３３の８つのグループは各々、一端で電極アレイ１の基部２０に接続する。他方の端部では、８グループのワイヤ３３は、共通の電気コネクタに接続することが好ましい（図５には示されていない）。好ましくは、８つの別個のワイヤグループは、両端の間で互いに取り付けられていない。好ましくは、８つの別個のワイヤグループは、蛇行形状に予め形成される。１６本すべてのワイヤを共通の保護シートにまとめてグループ化するコネクタケーブルと比較すると、各２本のワイヤからなる８つのグループを含むコネクタケーブルは、はるかに低い極慣性モーメントを有する。当業者は、ケーブルの極慣性モーメントを計算することができる。ワイヤの量、分割方式、および関与する材料に応じて、図５に示すような分割ケーブルの極慣性モーメントは、等しい断面の同じ量のワイヤを運ぶ非分割ケーブルの極慣性モーメントよりも１～２桁小さくすることができる。そのより低い慣性モーメントのために、図５のコネクタケーブル３２の実施形態は、手術中にほとんど不可避であるコネクタケーブル３２のねじれおよび引っ張りに起因して電極アレイ１に及ぼされるねじり力を低減する。電極アレイ１に伝達されるねじり力を制限することにより、分割多芯蛇行ケーブル３２は、電極アレイ１を損傷または脱落させる可能性を減少させる。

【0112】

図６は、ヒトまたは他の哺乳動物の脳に挿入される電極アレイの実施形態を概略的に示す。ヒトまたは他の哺乳動物の脳は、脳回または隆起部５００および溝または亀裂５０１を含む折り畳まれた表面構造を有する。内部的には、脳は実質的に灰白質５０２および白質５０３から構成され、灰白質は主に、脳の表面に沿って数ミリメートルの厚さを有する層に見られる。

【0113】

図６の実施形態では、電極アレイ１は、脳回５００の表面を通してヒトまたは他の哺乳動物の脳に挿入される。アレイのシャフト１０は、基部２０およびコネクタケーブル３２が挿入されていない間に、脳回５００に挿入される。いくつかの目的では、シャフト上の電極接点が灰白質５０２のかなりの部分にわたって延在することが重要である。これは、例えば、視覚皮質の電気刺激を通して視覚認知を誘導する目的を有する視覚プロテーゼの場合である。視覚皮質の灰白質と、知覚される画像の幾何学的形状および解像度との間に幾何学的マッピングが存在することが知られているので、視覚プロテーゼの電極接点が視覚皮質の灰白質のかなりの部分にわたって分布することが特に重要であると考えられる。

【0114】

脳回５００の表面に直接横たわる灰白質５０２は、電極アレイ１の挿入のために容易にアクセス可能であるが、溝５０１に埋め込まれた灰白質５０２は容易にアクセス可能ではない。この問題に対する可能な解決策は、図６に示すように、異なる長さのシャフト１０を有する電極アレイ１の挿入である。図６に示すシャフト形状により、電極アレイは、白質５０３に不必要に貫通することなく、溝５０１に隣接する灰白質を探査することができる。

【0115】

図７は、本発明によるインプラントの一実施形態を概略的に示す。図示の実施形態では、インプラント１００は３つの電極アレイ１を備える。しかしながら、当業者は、インプラントの位置および目的に応じて電極アレイの数を自由に選択することができることを理解するであろう。各電極アレイは、コネクタケーブル３２によって電子装置ユニット１１０に接続される。

【0116】

好ましくは、電子装置ユニットは、神経組織と神経組織を取り囲む１つまたは複数の保護層との間に移植される。デバイス１００が例えば脳に移植されると、電極アレイ１のシャフトは脳髄膜を通って神経組織に挿入される。好ましくは、電子装置ユニット１１０は、脳髄膜と頭蓋骨との間に取り付けられる。

【0117】

好ましくは、電子装置ユニット１１０は、インプラントが移植されたヒトまたは他の哺乳動物の体外に位置するデバイスから電力を受け取ることができるように、無線電力伝送のためのシステムを備える。当業者は、例えば誘導電力伝送など、短距離にわたる無線電力伝送に適したシステムを知っている。

【0118】

好ましくは、電子装置ユニットは、インプラントが移植されているヒトまたは他の哺乳動物の体外に位置するデバイスとデータを送受信することができるように、無線データ通信のためのシステムを備える。当業者は、例えばＮＦＣまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈなど、短距離にわたる無線データ通信に適したシステムを知っている。

【0119】

図８は、本発明による、取り外し可能なホルダを備えるインプラントの一実施形態を概略的に示す。インプラント１００の典型的な実施形態では、約２０個の電極アレイ１が存在する。整然とした挿入を可能にするために、電極アレイは、インプラント１００の永久的な部分に組み立てられた取り外し可能なホルダ１２０またはプラットフォーム上で事前に分類することができる。

【0120】

ホルダ１２０は、保管または輸送中の機械的損傷または汚染から電極アレイ１を保護し、電極アレイ１を互いにくっつかないように分離し、電極アレイ１をより容易につかむことを可能にする。

【0121】

インプラント１００を脳に移植する間、電子装置ユニット１１０は頭蓋骨に取り付けられ（またはその中の凹部に配置され）、その後、電極アレイ１が脳に順次挿入される。最後に、ホルダ１２０が取り外される。ホルダ１２０は、生体適合性ポリマー（ＰＥＥＫまたはポリアミド）で３Ｄ印刷されてもよく、保管、輸送、滅菌および手術中に電極アレイ１を互いに分離した状態に保つ垂直突起を特徴とする。

【0122】

図９は、本発明による、プラットフォーム１３０と、電子装置ユニット１１０と、複数の電極アレイ１とを備えるインプラント１００の一実施形態を概略的に示す。図９の実施形態では、１つまたは複数の電極アレイ１の基部は、プラットフォーム１３０によって機械的に接続される。好ましくは、１つまたは複数の電極アレイ１の基部は、オリフィスを備え、例えばクリック機構などの機構によってまたは生体適合性接着剤もしくはポリマーによって、プラットフォーム１３０に機械的に接続される。

【0123】

好ましくは、プラットフォーム１３０は、生きているヒトまたは他の哺乳動物の身体によって溶解可能または吸収可能ではない生体適合性材料から作製される。適切な材料は当業者に周知であり、例えばチタン、ＰＭＭＡまたはシリコーンを含む。好ましくは、プラットフォーム１３０は神経組織内に移植されず、神経組織の上に浮いている。

【0124】

既に上述したように、本発明のいくつかの実施形態では、プラットフォームは、電極アレイの保管および輸送のためのホルダとして使用され得る。

【0125】

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、本発明による電極アレイの製造方法のステップを模式的に示す。製造方法の第１のステップ４００では、基板３００が用意される。好ましくは、この基板３００はシリコンウェハである。図１０には示されていないが、いくつかの実施形態では、この基板は、基板内に浅い鋳型を形成するために異方性ウェットエッチングを使用してパターニングされた（１１３）シリコンウェハであり、上部に構築されるインプラントの鋭さを改善する。

【0126】

ステップ４０１において、犠牲層３０１が基板に塗布される。この犠牲層は、基板３００からの電極アレイの解放を可能にする目的を果たす。当業者は、犠牲層として使用するのに適した材料および犠牲層を塗布するのに適した方法を知っている。例えば、犠牲層３０１は、スパッタコーティングを使用して堆積させることができる。

【0127】

ステップ４０２において、電気絶縁材料３０２の第１層が犠牲層３０１の上に堆積される。好ましくは、層３０２は、可撓性、生体適合性および非生体吸収性材料から作製されることが好ましい。例えば、層３０２の実現に適した材料は、ポリイミドまたはパリレン－Ｃである。

【0128】

ステップ４０３において、導電層３０３が電気絶縁層３０２の上に堆積される。導電層３０３は、電極アレイの電気トレース３１および電極接点３０（図１０（ａ）および図１０（ｂ）では標識されていない）を形成するようにパターニングされる。層３０３は、好ましくは、白金、金、酸化イリジウム、カーボンナノチューブまたはＰＥＤＯＴなどの生体適合性導電性材料から作製される。

【0129】

ステップ４０４において、電気絶縁材料３０４の第２層が電気トレース３１および電極接点３０の上に堆積される。好ましくは、層３０４は、可撓性、生体適合性および非生体吸収性材料から作製されることが好ましい。例えば、層３０４の実現に適した材料は、ポリイミドまたはパリレン－Ｃである。好ましくは、層３０４の材料は、層３０２の材料と実質的に同一である。好ましくは、使用される堆積プロセスは、層３０２および層３０４が互いにシームレスに混合するようなものである。層３０２および層３０４は共に、インプラントの可撓性の電気絶縁性バックボーンを形成する。

【0130】

ステップ４０５において、層３０４の上にエッチングマスク３０５が堆積される。続いて、エッチングマスク３０５はパターニングされる。

【0131】

ステップ４０６において、電気絶縁層３０２および３０４がエッチングされ、導電層３０３および専用エッチングマスク３０５の両方がエッチングマスクの役割を果たす。層３０３および層３０５の両方がエッチングマスクとして機能し、層３０３および層３０５の各々が個別にパターニングされているので、単一のエッチングステップはいくつかの特徴を作成することができる。好ましくは、ステップ４０６において、電極接点３０が、適切な場所で絶縁層３０４をエッチング除去することによって電極アレイのシャフト１０上に画定される。好ましくは、コネクタケーブル３２（図１０（ａ）および図１０（ｂ）には示されていない）との接続を行うためのボンドパッド３０６が、ステップ４０６の間に同じ方法で作成される。好ましくは、電極アレイの輪郭３０７は、ステップ４０６において、層３０２および層３０４の両方をエッチング除去することによって画定される。本方法のいくつかの実施形態では、電極アレイのシャフト１０の遠位端１２のエッチングは、例えば遠位端１２の階段パターンをエッチングすることにより、シャフト１０の鋭さを増加させる。

【0132】

ステップ４０７において、第１の補強層４０が、基部２０およびシャフト１０の近位端の上に塗布される。

【0133】

ステップ４０８において、部分的にコーティングされた電極アレイは、犠牲層３０１の溶解によって基板３００から解放される。

【0134】

ステップ４０９において、浸漬コーティングプロセスを用いて第２の補強層５０を塗布して、本発明による電極アレイ１の実施形態を得る。

【0135】

好ましくは、コネクタケーブル３２は、ケーブルの導電性コアが電気トレースおよび電極接点と連続し、ケーブルの絶縁マントルがアレイの電気絶縁層と連続するように、アレイの一体部分として製造される。

【符号の説明】

【0136】

参照符号
１ 電極アレイ
１０ 電極アレイのシャフト
１１ シャフトの近位端
１２ シャフトの遠位端
２０ 電極アレイの基部
２１ オリフィス
３０ 電極接点
３１ 金属トレース
３２ コネクタケーブル
３３ コネクタケーブルのワイヤ
４０ 第１の補強層
５０ 第２の補強層
１００ インプラント
１１０ 電子装置ユニット
１２０ ホルダ
１３０ プラットフォーム
２００ コーティング浴
２０１ メニスカス
２０２ メニスカスの頂点
３００ 基板
３０１ 犠牲層
３０２ 電気絶縁材料の第１層
３０３ 導電層
３０４ 電気絶縁材料の第２層
３０５ エッチングマスク
３０６ ボンドパッド
３０７ 電極アレイの輪郭
４００ 製造方法の第１のステップ
４０１ 製造方法の第２のステップ
４０２ 製造方法の第３のステップ
４０３ 製造方法の第４のステップ
４０４ 製造方法の第５のステップ
４０５ 製造方法の第６のステップ
４０６ 製造方法の第７のステップ
４０７ 製造方法の第８のステップ
４０８ 製造方法の第９のステップ
４０９ 製造方法の第１０のステップ
５００ 脳回
５０１ 溝
５０２ 灰白質
５０３ 白質

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10(a)】

【図10(b)】

【国際調査報告】