KR-20260060760-A - A penetrating type flexible nerve electrode

Abstract

본 발명은 두개골 관통형 신경 유연 전극에 관한 것으로, 바늘구멍 (110)이 구비되는 전단부 (100); 회로 (210)와 전극 (220) 및 신경재생 유도 전극 (230) 중 어느 하나 이상을 포함하는 전극부 (200); 및 회로 연결패드 (310)를 포함하는 단자부 (300)를 포함할 수 있다. 본 발명의 신경 유연 전극은 장기간 정확한 위치에 안정적인 자극/측정이 가능하며, 다양한 영역에서의 신경신호 분석 및 전기적 자극이 가능하다.

Inventors

• 김정훈
• 홍성준
• 김태경
• 강민희
• 윤진영
• 손영민

Assignees

• 사회복지법인 삼성생명공익재단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (5)

1. 바늘구멍 (110) 이 구비되는 전단부 (100); 회로 (210)와 전극 (220) 및 신경재생 유도 전극 (230) 중 어느 하나 이상을 포함하는 전극부 (200); 및 회로 연결패드 (310)를 포함하는 단자부 (300)를 포함하는 두개골 관통형 신경 유연 전극 (10).
2. 제1항에 있어서, 상기 신경재생 유도 전극 (230)은 신경 유도 구멍 (231)을 포함하는 것인 두개골 관통형 신경 유연 전극 (10).
3. 제1항에 있어서, 상기 전극부 (200)는 제1 유전체층 (insulated layer, 201), 전기적 신호나 자극을 전달하는 전도성층(conductive layer, 202) 및 제2 유전체층 (insulated layer, 203)을 포함하는 것인 두개골 관통형 신경 유연 전극 (10).
4. 제1항에 있어서, 상기 단자부 (300)의 회로 연결패드 (310)는 상기 전극부의 제1 유전체층 (201), 전도성층 (202) 및 제2 유전체층 (203)이 연장되어 구비되는 것인 두개골 관통형 신경 유연 전극 (10).
5. 제1항에 있어서, 상기 단자부 (300)는 두개골을 관통하지 않고 머리 외측에 위치하여 외부의 자극을 두개골 내로 전달하거나 두개골 내의 자극을 외부로 전달하는 것인 두개골 관통형 신경 유연 전극 (10).

Description

두개골 관통형 신경 유연 전극 {A penetrating type flexible nerve electrode} 본 발명은 두개골 관통형 신경 유연 전극에 관한 것이다. 인류의 기대수명이 높아지고, 고령의 인구가 점차 늘어남과 동시에 퇴행성 신경질환의 발병률 또한 같이 높아지고 있다. 이러한 퇴행성 신경질환의 치료 방법 중 하나인 뇌심부자극기(Deep Brain Stimulation, DBS)는 파킨슨병, 간질, 만성통증, 중증 우울증 등과 같은 신경학적 질환의 치료를 위해 사용되는 수술적 치료 방법이다. 이 기술은 전기적인 신호를 사용하여 뇌의 특정 부위를 자극함으로써 신경 기능을 조절하는 것을 목표로 한다. 하지만, 기존의 뇌심부자극기는 제한적인 위치에만 자극이 가능하고, 전극의 위치가 정확하지 않거나 시간이 지남에 따라 위치가 변할 경우 자극의 효과가 떨어질 수 있다. 도 1의 좌측 그림과 같이 다양한 부분의 뇌 영역을 자극하고자 할 때 2개 또는 그 이상의 신경 전극단이 삽입이 되어야 하고, 전극의 끝부분에서만 자극이 가능한 특성을 갖는다. 이러한 기존 뇌심부자극기는 다양한 기능을 갖는 영역이 밀집되어 있는 뇌, 척수와 같은 중추신경계에 범위 자극은 원치 않는 부작용이 나타날 우려가 크며, 수 밀리미터 이하의 국소적으로 원하는 부위 자극을 위해서는 체외 자극에서는 아직 한계가 있다. 또한, 이식형의 경우 외과적 수술이 필요하며 이식형 인터페이스에 이상(손상, 자극 위치이동 등)이 있을 시 2차, 3차의 재수술이 필요하여 환자의 신체적, 경제적 부담이 높을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명자들은 MEMS 기술로 미세하게 제작된 전극을 통해 최소한의 손상을 주면서, 두개골을 관통하는 새로운 방식으로 뇌의 다양한 부위(대뇌피질, 해마, 시상하부 등)를 동시에 자극하여 보다 이상적인 치료 효과를 기대할 수 있는 본 발명을 완성하였다. 도 1은 기존 뇌심부자극기 대비 관통형 심부자극기의 구조체를 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명 관통형 신경유연 전극의 구조를 나타낸 도이다. 도 3은 본 발명 관통형 신경유연 전극의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4는 본 발명 관통형 신경유연 전극의 설치를 위해 사용되는 장비를 나타내는 도이다. 도 5는 본 발명 관통형 신경유연 전극의 설치 과정을 나타내는 도이다. 도 6은 본 발명 관통형 신경유연 전극이 관통된 주변 뇌 신경 영역을 도시한 그림이다. 이하 하나 이상의 구체예를 도면과 함께 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도 1은 기존 뇌심부자극기 대비 관통형 심부자극기의 구조체를 나타낸 것이고, 본 발명 신경 유연 전극 (10)의 구조와 제조방법을 나타낸 흐름도는 각각 도 2 및 3에 나타내었다. 본 발명 관통형 신경유연 전극의 설치와 관련하여 사용되는 장비와 설치 과정은 각각 도 4 및 5에 나타내었다. 도 6은 본 발명 관통형 신경유연 전극이 관통된 주변 뇌 신경 영역을 도시한 그림이다. 도 1에서 확인 가능한 기존의 뇌심부자극기의 문제점을 극복하고자, 본 발명자들은 머리의 한쪽에서 삽입되어 목표로 하는 부위를 관통하여 반대쪽 머리로 나오는 신경 인터페이스 방법을 고안하였다. 이는 두개골의 양쪽에 이식된 전극단이 고정되어 전극의 위치 이동을 제한하여 장기간 정확한 위치에 안정적인 자극이 가능하며, 다수의 자극이 가능한 전극을 배치하여 뇌 바깥부분인 피질(Cortex)부터 심부영역인 시상(Thalamus) 및 해마(hippocampus)까지 한번의 이식을 통해 다양한 영역에서의 신경신호 분석 및 전기적 자극이 가능하다는 장점을 갖는다. 본 발명은 유연한 기판의 재질에 복수의 전극 배열을 가진 폭이 좁고 긴 형태 (도 2)로, 그와 연결된 시스템 회로부를 한 번의 삽입으로 다양한 영역을 측정/자극이 가능한 뇌를 관통하여 이식하는 새로운 방식의 신경 인터페이스 기술이다 (도 4). 도 2는 본 발명의 유연 신경전극 구조체를 도시한 것으로, 도 2를 참조하면, 뇌를 관통하기에 단면적이 최소화된 평면형상으로 폭과 두께가 얇고 긴 형태를 가지며, 유연 전극에 실을 연결한 수 있는 구멍이 있는 전단부 (100), 신경신호 측정 및 전기적 자극이 이루어질 전극부, 전극부와 연결될 단자부로 구성된다. 전극부와 단자부 사이에는 필요에 따라 연장될 수 있으며, 구불구불(serpentine shape)한 형태를 가질 수 있다. 이러한 본 발명 두개골 관통형 신경 유연 전극의 일 양상은 바늘구멍 (110)이 구비되는 전단부 (100); 회로 (210)와 전극 및 신경재생 유도 전극 중 어느 하나 이상을 포함하는 전극부; 및 회로 연결패드를 포함하는 단자부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 전단부 (100)는 전극부에 이어지면서 바늘구멍 (110)이 구비되는 곳으로, 두개골 관통을 위해 먼저 삽입되는 구성이다. 따라서, 일정 이상의 강도가 요구되며 목적을 달성하기 위해 공지의 소재, 형상으로 이루어질 수 있으나, 테이퍼되는 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 전단부 (100)는 후술되는 전극부와 달리 전극이나 신경재생 유도 전극을 구비하지는 않지만, 바늘구멍 (110)을 구비하며 (도 1의 '실 묶을 구멍'), 본 발명의 두개골 관통형 신경 유연 전극의 설치 시 관통되어 제거되거나 두개골 외부에 일정 부분 남아 고정에 사용될 수 있다 (도 2 및 4) 상기 바늘구멍 (110)은 전술한 본 발명 신경 유연 전극의 설치 시 사용되는 것으로, 관통용 가이드 (도 4)로 두개골 내 목표 영역을 관통하고, 관통된 가이드의 일단에 구비된 바늘 구멍과 본 발명의 신경 유연 전극 전단부 (100)의 상기 바늘 구멍을 연결한 뒤 관통된 가이드를 빼면서 본 발명의 신경 유연 전극이 따라가 목표 영역에 안착 및 고정되는 과정에서 사용될 수 있다 (도 5). 상기 전극부 (200)는 회로 (210)와 전극 (220) 및 신경재생 유도 전극 (230)중 어느 하나 이상을 포함하는 구성으로 전단부 (100)와 단자부 (300)사이에 위치한다. 상기 전극부 (200)는 전도성 물질로 이루어진 회로 (210)가 길이방향으로 형성되어 있고, 회로 (210)에 이어지면서 일 방향으로 연장되어 형성된 전극 (220)이나, 전극 내부에 신경재생 유도 구멍 (231)을 더 포함하는 신경재생 유도 전극 (230)이 형성되어 있다. 이 때 전극 (220)이나 신경재생 유도 전극 (230)은 목적에 따라 어느 한 종류만 형성될 수도 있고, 둘 다 포함될 수 있다. 전극 (220)과 신경재생 유도 전극 (230) 둘 다 포함될 경우 이들의 배치나 순서는 목적에 부합하게 이루어질 수 있고, 이에 제한은 없다. 상기 회로 (210)는 전도성 물질로 이루어져 있어, 전극 (220) 또는 신경재생 유도 전극 (230)으로 인입되는 신호를 단자부 (300) 방향으로 전달하거나 단자부 (300)에서 발생한 전기적 신호를 전극 또는 신경재생 유도 전극 (230)으로 전달할 수 있다. 상기 회로 (210)는 복수로 형성될 수 있고, 일 예시로 각각의 전극 (220)과 신경재생 유도 전극 (230)에 대응되는 개수의 회로 (210)가 형성될 수 있다. 상기 전극 (220)은 회로 (210)와 같은 전도성 물질로 만들어져, 본 발명 유연전극이 설치되는 목표부위에서 발생하는 전기적 신호를 측정 (수용)하거나 목표부위에 전기적 신호로 자극 (부여)하는 기능을 할 수 있다. 상기 신경재생 유도 전극 (230) 또한 신경재생 유도 구멍 (231) 외에 전도성 물질로 만들어져 전극 (220)과 유사한 기능을 할 수 있다. 여기에 더하여 신경재생 유도 전극 (230)은 신경재생 유도 구멍 (231)을 통해 신경재생의 기능을 할 수 있다. 상기 신경재생 유도 구멍 내부 (231)에 신경 재생을 유도할 수 있는 약물(Nerve growth factor)을 도포 또는 코팅처리를 하여 신경재생에 도움을 줄 수 있다. 상기 전극부 (200)를 통해 본 발명의 신경 유연 전극이 설치되는 두개골 내 목표지점에 전기적 자극을 부여하거나 자극을 수용할 수 있고, 신경 재생을 유도할 수 있다. 본 발명의 일 구체예로 상기 전극부는 제1 유전체층 (insulated layer, 201), 전기적 신호나 자극을 전달하는 전도성층(conductive layer, 202) 및 제2 유전체층 (insulated layer, 203)을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 전극부는 일면에 제1 유전체층 (201), 제1 유전체층 (201) 상 일부 또는 전부에 형성되는 전도성층 (202), 상기 제1 유전체층 (201) 상, 전도성층 (202) 사이 및 전도성층 (202) 상 일부 또는 전부 중 어느 하나 이상에 형성되는 제2 유전체층 (203)을 포함할 수 있다. 상기 제1 유전체층 (201)은 본 발명 신경 유연 전극의 베이스레이어 (기판)을 형성하는 것으로, 전도성층 (202)과 달리 고분자 계열의 폴리이미드(polyimide), 페릴린(parylene), 실리콘(silicone), 에폭시(epoxy) 및 PDMA와 같은 물질로 제작될 수 있다. 상기 전도성층 (202)은 전술한 회로 (210), 전극 (220) 및 신경유도 재생 전극 (230)을 이루어 전기적 신호가 전달되는 층으로, 금속 또는, 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리티오핀 (polythiophene) 및 PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 중 어느 하나인 전도성 고분자 또는 CNT (Carbon nanotube), Graphene, Carbon black, MXene과 같은 나노물질을 포함하여 제작될 수 있다. 상기 제2 유전체층 (203)은 상기 전도성층 (202)의 분리/보호를 위한 것으로, 복수의 전도성층 (202)이 제1 유전체층 (201) 상에 형성되었을 때 전도성층 (202) 사이에 형성되어 복수의 전도성층 (202)을 분리할 뿐만 아니라 제1 유전체층 (201) 상에 형성되거나 전도성층 (202) 상에 형성되어 외부로부터 전도성층 (202)을 보호할 수 있다. 상기 제2