표면 및 피질 내 영역 신경 신호를 동시 측정할 수 있는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치 및 이의 제조 방법
3D Brain Neural Interface Apparatus and Method for Simultaneous Measurement of Neural Signals in Cortical Surface and Intracortical Areas and Method for Manufacturing the same
특허 요약
개시된 실시예는 2차원 평판 구조를 갖고 다수의 제1 신경 전극과 다수의 제1 신경 전극 각각에서 감지된 신경 신호를 인가받는 다수의 제1 전달 선로 및 다수의 제1 전달 선로와 함께 신경 신호를 측정 장치로 전달하는 다수의 제2 전달 선로가 형성된 표면 측정부 및 적어도 하나의 제2 신경 전극과 적어도 하나의 제2 신경 전극 각각에서 감지된 신경 신호를 연결된 제2 전달 선로로 전달하는 적어도 하나의 제3 전달 선로가 각각 형성되며 표면 측정부의 일면에서 수직 방향으로 연장되는 다수의 프로브를 갖는 피질 내 측정부를 포함하여, 3차원 구조로 구현되어 뇌 표면뿐만 아니라 대응하는 위치의 피질 내 신경 신호를 동시에 정확하게 검출할 수 있으며, 일체형 구조를 가져 간단한 제조 공정으로 저비용으로 용이하게 제조될 수 있는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
청구항
번호청구항
1

2차원 평판 구조를 갖고 다수의 제1 신경 전극과 상기 다수의 제1 신경 전극 각각에서 감지된 신경 신호를 인가받는 다수의 제1 전달 선로 및 상기 다수의 제1 전달 선로와 함께 신경 신호를 측정 장치로 전달하는 다수의 제2 전달 선로가 형성된 표면 측정부; 및 적어도 하나의 제2 신경 전극과 상기 적어도 하나의 제2 신경 전극 각각에서 감지된 신경 신호를 연결된 제2 전달 선로로 전달하는 적어도 하나의 제3 전달 선로가 각각 형성되며 상기 표면 측정부의 일면에서 수직 방향으로 연장되는 다수의 프로브를 갖는 피질 내 측정부를 포함하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치.

2

제1항에 있어서, 상기 표면 측정부는 각각 적어도 하나의 제1 신경 전극이 형성되는 다수의 표면 측정 영역으로 구분되고, 상기 다수의 프로브는 구분된 다수의 표면 측정 영역 중 서로 인접하여 위치하는 2개의 표면 측정 영역 각각에 일체의 구조로 연결되는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치.

3

제2항에 있어서, 상기 다수의 프로브 각각은 상기 표면 측정 영역보다 좁은 폭을 갖는 2차원 평판 구조로 형성되는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치.

4

제2항에 있어서, 상기 표면 측정부는 플렉서블 소재의 기판 상의 상기 다수의 표면 측정 영역 각각에 상기 다수의 제1 신경 전극과 상기 다수의 제1 및 제2 전달 선로가 형성되어 구현되며, 상기 다수의 프로브 각각은 서로 인접하여 위치하는 표면 측정 영역 각각의 사이에서 상기 적어도 하나의 제2 신경 전극과 상기 적어도 하나의 제3 전달 선로가 형성된 기판의 일부 영역이 접혀져 상기 표면 측정부의 일면에서 수직 방향으로 돌출된 형태로 형성된 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치.

5

제4항에 있어서, 상기 다수의 프로브 각각은 상기 표면 측정부의 일면에서 수직 방향으로 돌출되어 서로 마주하는 상기 기판의 일면이 밀착되어 단일 프로브 형태를 갖는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치.

6

제3항에 있어서, 상기 다수의 프로브 각각은 접혀진 영역의 폭과 두께가 프로브의 나머지 영역의 폭과 두께보다 작은 크기를 갖는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치.

7

제1항에 있어서, 상기 다수의 프로브 각각은 뇌 피질 내부로 용이하게 삽입 가능하도록 강성을 보강하는 보강재로 외부가 코팅된 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치.

8

2차원 평면 상에서, 다수의 제1 신경 전극과 상기 다수의 제1 신경 전극 각각에서 감지된 신경 신호를 인가받는 다수의 제1 전달 선로 및 상기 다수의 제1 전달 선로와 함께 신경 신호를 측정 장치로 전달하는 다수의 제2 전달 선로를 각각 포함하는 다수의 표면 측정 영역과 적어도 하나의 제2 신경 전극과 상기 적어도 하나의 제2 신경 전극 각각에서 감지된 신경 신호를 연결된 제2 전달 선로로 전달하는 적어도 하나의 제3 전달 선로를 각각 포함하며 상기 다수의 표면 측정 영역 사이에 연결된 다수의 프로브 영역을 포함하는 2차원 패턴을 형성하는 단계; 및 2차원 평면 상에서 형성된 상기 다수의 표면 측정 영역과 상기 다수의 프로브 영역 중 상기 다수의 표면 측정 영역에 측방향 압력을 가하여 상기 다수의 프로브 영역 각각을 일면 방향으로 팝업시켜 3차원 구조로 변형함으로써 3차원 뇌 신경 인터페이스를 획득하는 단계를 포함하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

9

제8항에 있어서, 상기 2차원 패턴을 형성하는 단계는 상기 다수의 프로브 영역 각각에 대해 상기 3차원 구조로 변형하는 단계에서 팝업되어야 하는 위치의 폭과 두께가 상기 다수의 프로브 영역의 다른 영역의 두께에 비해 얇아지도록 절단 및 에칭을 수행하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

10

제8항에 있어서, 상기 2차원 패턴을 형성하는 단계는 유리 기판 상에 플렉서블 소재의 기판을 형성하고, 상기 다수의 표면 측정 영역의 패턴과 상기 다수의 프로브 영역의 패턴에 따라 상기 기판 상에 상기 다수의 제1 및 제2 신경 전극과 상기 다수의 제1 내지 제3 전달 선로를 형성하며, 상기 기판에서 상기 다수의 표면 측정 영역의 패턴과 상기 다수의 프로브 영역의 패턴에 대응하는 영역을 제외한 나머지 영역을 제거하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

11

제8항에 있어서, 상기 2차원 패턴을 형성하는 단계는 유리 기판 상에 플렉서블 소재를 증착하여 상기 기판을 형성하고, 상기 기판 상에 금속 소재로 상기 다수의 제1 및 제2 신경 전극과 상기 다수의 제1 내지 제3 전달 선로를 형성하며, 상기 다수의 표면 측정 영역의 패턴과 상기 다수의 프로브 영역의 패턴에 따라 미리 형성된 금속 마스크를 이용하여 상기 기판에서 상기 다수의 표면 측정 영역의 패턴과 상기 다수의 프로브 영역의 패턴을 형성하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

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제8항에 있어서, 상기 2차원 패턴을 형성하는 단계는 상기 다수의 제1 및 제2 신경 전극이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역에 절연체를 도포하여 캡슐화하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

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제8항에 있어서, 상기 3차원 뇌 신경 인터페이스를 획득하는 단계는 상기 2차원 패턴에 형성된 상기 다수의 표면 측정 영역과 상기 다수의 프로브 영역 중 상기 다수의 표면 측정 영역에 접착제를 도포하여 미리 신장된 상태로 유지되는 신축성 소재에 전사하고, 미리 신장된 신축성 소재가 신장된 상태를 유지하도록 가해지는 힘을 제거하여 수축되도록 하여, 상기 다수의 표면 측정 영역에 측방향 압력이 가해지도록 함으로써, 상기 다수의 프로브 영역 각각이 일면 방향으로 팝업되도록 하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

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제13항에 있어서, 상기 3차원 뇌 신경 인터페이스를 획득하는 단계는 상기 2차원 패턴을 형성하는 단계에서 상기 2차원 패턴이 상부면에 형성된 유리 기판에 PDMS 스탬프를 밀착시켜, 상기 2차원 패턴이 상기 PDMS 스탬프로 전사되도록 하고, 상기 PDMS 스탬프를 상기 유리 기판에서 분리시켜, 상기 PDMS 스탬프에 전사된 2차원 패턴이 상기 유리 기판에서 이탈되도록 하며, 상기 PDMS 스탬프에 전사된 2차원 패턴에서 상기 다수의 표면 측정 영역에 접착제를 도포하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

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제14항에 있어서, 상기 3차원 뇌 신경 인터페이스를 획득하는 단계는 상기 신축성 소재에 힘을 가하여 미리 신장시키고, 상기 PDMS 스탬프에 전사된 2차원 패턴에서 상기 다수의 표면 측정 영역에 도포된 접착제를 이용하여, 상기 다수의 표면 측정 영역을 상기 신축성 소재에 부착하며, 상기 다수의 프로브 영역 각각이 지정된 영역에서 팝업되도록 상기 신축성 소재에 가해지는 힘을 제거하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.

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제14항에 있어서, 상기 3차원 뇌 신경 인터페이스를 획득하는 단계는 물에 녹는 소재로 구성되는 상기 접착제를 용해시켜 3차원 구조로 변형된 3차원 뇌 신경 인터페이스에서 상기 신축성 소재를 제거하는 3차원 뇌 신경 인터페이스 장치의 제조 방법.