KR100838416B1 - Three dimensional structured micro-electrode array - Google Patents

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Abstract

A three-dimensional structured micro-electrode array is provided to secure a stable contact with a contact object, and to minimize physical influence to biological tissue in transplantation in a living system. A three-dimensional structured micro-electrode array includes: a flexible substrate(101); a first micro-electrode(102a) laminated on the flexible substrate in the shape of a three-dimensional structure; and a second micro-electrode(102b) laminated on the first micro-electrode. The flexible substrate has a pad(104) formed on the inside or one side of the flexible substrate, and a micro-metal wire(103) electrically connecting the first electrode and the pad.

Description

3차원 구조의 미세 전극 어레이{Three dimensional structured micro-electrode array}Three dimensional structured micro-electrode array

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 미세 전극 어레이의 단면도. 1 is a cross-sectional view of a fine electrode array having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 프리즘 구조의 미세 전극 어레이의 사진. 2 is a photograph of a microelectrode array of a prism structure manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 피라미드 구조의 미세 전극 어레이의 사진.Figure 3 is a photograph of a fine electrode array of pyramid structure made in accordance with an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

101 : 플렉서블 기판 102 : 3차원 구조의 미세 전극101: flexible substrate 102: three-dimensional fine electrode

102a: 제 1 미세 전극 102b : 제 2 미세 전극102a: first fine electrode 102b: second fine electrode

103 : 미세 금속선 104 : 패드103: fine metal wire 104: pad

본 발명은 3차원 구조의 미세 전극 어레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 전극을 3차원 구조로 구현하여 접촉 가능 면적을 증대시킴으로써 접촉 대상과의 안정적인 접촉을 담보하고, 생체 내의 이식시 생체 조직에의 물리적 영향을 최소화할 수 있는 3차원 구조의 미세 전극 어레이에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional microscopic array of electrodes, and more particularly, by implementing the microelectrode in a three-dimensional structure to increase the contactable area to ensure stable contact with the contact object, and to implant the living tissue in vivo The present invention relates to a three-dimensional microscopic electrode array capable of minimizing the physical effect of the same.

신경망(neutral network)에 관한 최근의 연구는, 손상된 신경에 전달되는 신호를 해석하고 해석된 신호에 대응되는 정상적인 신호를 주변의 정상 신경에 전달하는 신경 보철 장치를 개발하는 수준에 이르렀다. 가장 앞서있는 분야로 인공 와우가 있으며 인공 시각 장치, 인공 후각 장치, 생각으로 움직이는 의수와 의족에 관한 연구도 진행되고 있다. Recent research on neural networks has led to the development of neural prosthetic devices that interpret signals transmitted to damaged nerves and deliver normal signals corresponding to the interpreted signals to surrounding normal nerves. Cochlear implants are the foremost field, and research on artificial visual devices, olfactory devices, and prosthetic and prosthetic limbs is also underway.

한편, 신경망 연구에는 신경에 직접 접촉하여 신경 신호를 기록함과 함께 의도하는 신호를 신경에 전달하는 역할을 하는 전극이 필수적으로 요구된다. 최근, 마이크로머시닝(Micro-machining) 기술이 발달함에 따라, 기존의 신경 신호 연구에 이용되던 상용 전극들은 미세 전극(Micro-electrode)으로 대체되고 있다. On the other hand, neural network research requires an electrode that directly contacts the nerve, records the nerve signal, and delivers the intended signal to the nerve. Recently, with the development of micro-machining technology, commercial electrodes used for research of neural signals have been replaced by micro-electrodes.

마이크로머시닝 기술로 제작된 종래의 미세 전극들을 살펴보면, 통상 미세 전극의 구조가 2차원 평면 구조이고 미세 전극이 절연막의 홀 내에 함몰된 형태를 갖는다. 이와 같이 미세 전극이 절연막의 홀 내에 함몰된 형태로 구비되고 해당 미세 전극이 2차원 평면 구조를 갖음에 따라, 접촉 가능 면적이 작게 되어 신경 등의 접촉 대상과의 접촉시 접촉 불량이 야기되는 문제점이 있다. Looking at the conventional microelectrodes fabricated by micromachining techniques, the microelectrode structure is generally a two-dimensional planar structure and the microelectrode is recessed in the hole of the insulating film. As the fine electrode is provided in a recessed shape in the hole of the insulating film and the fine electrode has a two-dimensional planar structure, the contactable area becomes small, which causes a problem of contact failure when contacting a contact object such as a nerve. have.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 미세 전극을 3차원 구조로 구현하여 접촉 가능 면적을 증대시킴으로써 접촉 대상과의 안정적인 접촉을 담보하고, 생체 내의 이식시 생체 조직에의 물리적 영향을 최소화할 수 있는 3차원 구조의 미세 전극 어레이를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, by implementing a micro-electrode in a three-dimensional structure to increase the contactable area to ensure stable contact with the contact object, physical impact on the living tissue during implantation in vivo It is an object of the present invention to provide a fine electrode array having a three-dimensional structure that can be minimized.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 구조의 미세 전극 어레이는 플렉서블 기판과, 상기 플렉서블 기판 상에 3차원 구조의 형태로 적층된 제 1 미세 전극 및 상기 제 1 미세 전극 상에 적층된 제 2 미세 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In accordance with an aspect of the present invention, a microelectrode array having a three-dimensional structure includes a flexible substrate, a first microelectrode stacked in a three-dimensional structure on the flexible substrate, and a first microelectrode stacked on the first microelectrode. And a second fine electrode.

또한, 상기 플렉서블 기판의 내측 또는 일측에 패드가 구비되며, 상기 플렉서블 기판 내부에는 상기 제 1 전극과 상기 패드를 전기적으로 연결하는 미세 금속선이 구비되며, 상기 패드 및 미세 금속선은 일체형의 구조를 갖는 것이 바람직하다. 상기 플렉서블 기판은 PDMS(Poly dimethyl siloxane), 폴리 카보네이트(Poly carbonate), PMMA(Poly methyl methacrylate), COC(Cyclo olefin copolymer), 폴리이미드(Polyimide), 파릴린(Parylene) 중 어느 하나로 구성되거나 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. In addition, a pad is provided inside or on one side of the flexible substrate, and a fine metal wire is provided inside the flexible substrate to electrically connect the first electrode and the pad, and the pad and the fine metal wire have an integrated structure. desirable. The flexible substrate may be made of one of or one of poly dimethyl siloxane (PDMS), poly carbonate (poly carbonate), poly methyl methacrylate (PMMA), cyclo olefin copolymer (COC), polyimide, and parylene It can be made in combination.

한편, 상기 제 1 및 제 2 미세 전극은 동일한 재질로 구성되거나 서로 다른 재질로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 미세 전극은 금, 백금, 니켈, 알루미늄, 구리, 이리듐, 이리듐 옥사이드, ITO(Indium Tin Oxide), 폴리피롤(Poly pyrrole) 중 어느 하나로 구성된다. 또한, 상기 제 1 미세 전극은 피라미드구조, 프리즘 구조, 사면체구조, 오면체구조, 다면체구조, 사각기둥구조, 오각기둥구조, 육각기둥구조, 다각기둥구조, 원기둥구조 또는 원뿔구조로 구성될 수 있다. Meanwhile, the first and second fine electrodes may be made of the same material or different materials, and the first and second fine electrodes may be formed of gold, platinum, nickel, aluminum, copper, iridium, iridium oxide, or ITO. (Indium Tin Oxide), polypyrrole (Poly pyrrole) is composed of any one. In addition, the first fine electrode may be composed of a pyramid structure, a prism structure, a tetrahedral structure, a pentagonal structure, a polyhedron structure, a square pillar structure, a pentagonal pillar structure, a hexagonal pillar structure, a polygonal pillar structure, a cylindrical structure or a conical structure.

본 발명의 특징에 따르면, 플렉서블 기판을 사용함에 따라 생체 내에 이식되는 경우에도 주변 생체 조직에 끼치는 영향을 최소화할 수 있으며, 기판 상에 돌출된 형태로 3차원 구조의 미세 전극이 구비됨에 따라, 신경 등의 접촉 대상에 근접 접촉이 가능하게 되며 궁극적으로 정확한 신호 전달이 가능하게 된다. According to a feature of the present invention, even when implanted in a living body by using a flexible substrate can minimize the impact on the surrounding living tissue, and as the microelectrode of the three-dimensional structure is provided in a protruding form on the substrate, Proximity contact with the contact object is possible and ultimately accurate signal transmission is possible.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 미세 전극 어레이를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 미세 전극 어레이의 단면도이다. Hereinafter, a fine electrode array having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view of a fine electrode array having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구조의 미세 전극 어레이는 기판(101)을 구비한다. 상기 기판(101)은 생체 조직 내에 이식되는 경우 주변 생체 조직에 끼치는 영향을 최소화하기 위해 유연한 재질 즉, 플렉서블 기판으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 플렉서블 기판은 PDMS(Poly dimethyl siloxane), 폴리 카보네이트(Poly carbonate), PMMA(Poly methyl methacrylate), COC(Cyclo olefin copolymer), 폴리이미드(Polyimide), 파릴 린(Parylene) 중 어느 하나로 구성되거나 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. First, as shown in FIG. 1, the microelectrode array having a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention includes a substrate 101. The substrate 101 is preferably made of a flexible material, that is, a flexible substrate in order to minimize the impact on the surrounding living tissue when implanted in the living tissue. The flexible substrate may be made of one of poly dimethyl siloxane (PDMS), poly carbonate (poly carbonate), poly methyl methacrylate (PMMA), cyclo olefin copolymer (COC), polyimide, or parylene It can be made in combination.

상기 기판(101) 상에는 3차원 구조의 미세 전극(102)이 구비된다. 상기 3차원 구조의 미세 전극(102)은 생체 내의 신경 등과 직접 접촉하여 신경 신호 등을 전달하는 역할을 수행하는 것으로서, 세부적으로 상기 기판 상에 구비되는 제 1 미세 전극(102a)과 상기 제 1 미세 전극(102a) 상에 구비되는 제 2 미세 전극(102b)으로 이루어진다. 상기 제 1 및 제 2 미세 전극(102a)(102b)은 동일한 재질로 구성되거나 서로 다른 재질로 구성될 수 있으며, 구체적으로 상기 제 1 및 제 2 미세 전극(102a)(102b)의 재료로 금, 백금, 니켈, 알루미늄, 구리, 이리듐, 이리듐 옥사이드, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 금속 또는 금속 화합물, 폴리피롤(Poly pyrrole)과 같은 전도성 폴리머 중 어느 하나가 이용될 수 있다. The fine electrode 102 having a three-dimensional structure is provided on the substrate 101. The micro-electrode 102 having the three-dimensional structure serves to directly transmit nerve signals and the like by directly contacting nerves in the living body, and the first micro-electrode 102a and the first micro-electrode provided on the substrate in detail. It consists of the 2nd fine electrode 102b provided on the electrode 102a. The first and second fine electrodes 102a and 102b may be made of the same material or different materials. Specifically, the first and second fine electrodes 102a and 102b may be formed of gold, Any one of a metal or metal compound such as platinum, nickel, aluminum, copper, iridium, iridium oxide, indium tin oxide (ITO), and a conductive polymer such as poly pyrrole may be used.

상기 3차원 구조의 미세 전극(102)은 다양한 형태의 3차원 구조로 구현될 수 있는데 일 실시예로 피라미드구조, 사면체구조, 오면체구조, 다면체구조, 사각기둥구조, 오각기둥구조, 육각기둥구조, 다각기둥구조, 원기둥구조, 또는 원뿔구조 등으로 이루어질 수 있다. 도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 프리즘 구조의 미세 전극, 피라미드 구조의 미세 전극을 나타낸 사진이다. The fine electrode 102 of the three-dimensional structure may be implemented in a three-dimensional structure of various forms, in one embodiment pyramid structure, tetrahedral structure, pentagonal structure, polyhedron structure, rectangular column structure, pentagonal column structure, hexagonal column structure, It may be made of a polygonal columnar structure, a cylindrical structure, or a conical structure. 2 and 3 are photographs showing a micro electrode of a prism structure and a micro electrode of a pyramid structure, respectively, manufactured according to an embodiment of the present invention.

한편, 상기 기판(101)의 내측 또는 일측에는 외부 시스템과 전기적으로 연결되는 패드(104)가 구비되며, 상기 기판 내부에는 상기 제 1 미세 전극(102a)과 상기 패드(104)를 전기적으로 연결하는 역할을 수행하는 미세 금속선(103)이 구비된다. 상기 미세 전극선(103)은 상기 기판 내부에 구비됨에 따라 외부 환경과 절연된 상태를 이룬다. 또한, 상기 미세 금속선(103)과 패드(104)는 일체형의 구조를 갖는 것이 바람직하며, 상기 미세 금속선(103)과 패드(104)는 크롬, 구리, 금, 알루미늄, 백금, 니켈 등의 금속 재질로 구성될 수 있다. On the other hand, the inner side or one side of the substrate 101 is provided with a pad 104 that is electrically connected to the external system, the inside of the substrate for electrically connecting the first fine electrode 102a and the pad 104 The fine metal wire 103 is provided to perform a role. The fine electrode wire 103 is insulated from an external environment as provided in the substrate. In addition, the fine metal wire 103 and the pad 104 may have an integral structure, and the fine metal wire 103 and the pad 104 may be made of a metal material such as chromium, copper, gold, aluminum, platinum, or nickel. It can be configured as.

본 발명에 따른 3차원 구조의 미세 전극 어레이는 다음과 같은 효과가 있다. The three-dimensional microelectrode array according to the present invention has the following effects.

플렉서블 기판을 사용함에 따라 생체 내에 이식되는 경우에도 주변 생체 조직에 끼치는 영향을 최소화할 수 있으며, 기판 상에 돌출된 형태로 3차원 구조의 미세 전극이 구비됨에 따라, 신경 등의 접촉 대상에 근접 접촉이 가능하게 되며 궁극적으로 정확한 신호 전달이 가능하게 된다. By using the flexible substrate, even when implanted in a living body, the influence on the surrounding biological tissues can be minimized. As the microelectrode having a three-dimensional structure is provided in a protruding shape on the substrate, the close contact with a contact object such as a nerve This is possible and ultimately accurate signal transmission is possible.

Claims (6)

플렉서블 기판;A flexible substrate; 상기 플렉서블 기판 상에 3차원 구조의 형태로 적층된 제 1 미세 전극; 및 A first fine electrode stacked on the flexible substrate in the form of a three-dimensional structure; And 상기 제 1 미세 전극 상에 적층된 제 2 미세 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 미세 전극 어레이. And a second microelectrode stacked on the first microelectrode. 제 1 항에 있어서, 상기 플렉서블 기판의 내측 또는 일측에 패드가 구비되며, 상기 플렉서블 기판 내부에는 상기 제 1 전극과 상기 패드를 전기적으로 연결하는 미세 금속선이 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 미세 전극 어레이. The method of claim 1, wherein the pad is provided on the inside or one side of the flexible substrate, the inside of the flexible substrate fine metal wire having a three-dimensional structure characterized in that provided with a fine metal wire electrically connecting the first electrode and the pad Electrode array. 제 2 항에 있어서, 상기 패드 및 미세 금속선은 일체형의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 미세 전극 어레이.The microelectrode array of claim 2, wherein the pad and the fine metal wire have an integral structure. 제 1 항에 있어서, 상기 플렉서블 기판은 PDMS(Poly dimethyl siloxane), 폴리 카보네이트(Poly carbonate), PMMA(Poly methyl methacrylate), COC(Cyclo olefin copolymer), 폴리이미드(Polyimide), 파릴린(Parylene) 중 어느 하나로 구 성되거나 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 미세 전극 어레이.The flexible substrate of claim 1, wherein the flexible substrate is selected from poly dimethyl siloxane (PDMS), poly carbonate (Poly carbonate), poly methyl methacrylate (PMMA), cyclo olefin copolymer (COC), polyimide, and parylene. A fine electrode array having a three-dimensional structure comprising any one or a combination thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 미세 전극은 동일한 재질로 구성되거나 서로 다른 재질로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 미세 전극은 금, 백금, 니켈, 알루미늄, 구리, 이리듐, 이리듐 옥사이드, ITO(Indium Tin Oxide), 폴리피롤(Poly pyrrole) 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 미세 전극 어레이.The method of claim 1, wherein the first and second fine electrodes may be made of the same material or different materials, and the first and second fine electrodes may be formed of gold, platinum, nickel, aluminum, copper, iridium, A fine electrode array having a three-dimensional structure comprising one of iridium oxide, indium tin oxide (ITO), and poly pyrrole. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 미세 전극은 피라미드구조, 프리즘 구조, 사면체구조, 오면체구조, 다면체구조, 사각기둥구조, 오각기둥구조, 육각기둥구조, 다각기둥구조, 원기둥구조 또는 원뿔구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 미세 전극 어레이. The method of claim 1, wherein the first microelectrode comprises a pyramid structure, a prism structure, a tetrahedron structure, a pentagonal structure, a polyhedron structure, a square pillar structure, a pentagonal pillar structure, a hexagonal pillar structure, a polygonal pillar structure, a cylinder structure, or a cone structure. A fine electrode array having a three-dimensional structure, characterized in that the.
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