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WO2016062637A1 - Micro-électrodes démontables - Google Patents

Micro-électrodes démontables Download PDF

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Publication number
WO2016062637A1
WO2016062637A1 PCT/EP2015/074039 EP2015074039W WO2016062637A1 WO 2016062637 A1 WO2016062637 A1 WO 2016062637A1 EP 2015074039 W EP2015074039 W EP 2015074039W WO 2016062637 A1 WO2016062637 A1 WO 2016062637A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
probe
support
contact
conductive element
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/074039
Other languages
English (en)
Inventor
Lionel Rousseau
Blaise Yvert
Gaëlle LISSORGUES
Sébastien JOUCLA
Thierry Lafon
Farbod Ghassemi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHAMBRE DE COMMERCE ET D'INDUSTRIE DE REGION PARIS ILE DE FRANCE (ESIEE PARIS)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite de Bordeaux
Original Assignee
CHAMBRE DE COMMERCE ET D'INDUSTRIE DE REGION PARIS ILE DE FRANCE (ESIEE PARIS)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite de Bordeaux
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHAMBRE DE COMMERCE ET D'INDUSTRIE DE REGION PARIS ILE DE FRANCE (ESIEE PARIS), Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM, Universite de Bordeaux filed Critical CHAMBRE DE COMMERCE ET D'INDUSTRIE DE REGION PARIS ILE DE FRANCE (ESIEE PARIS)
Publication of WO2016062637A1 publication Critical patent/WO2016062637A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/375—Constructional arrangements, e.g. casings
    • A61N1/3752—Details of casing-lead connections
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6867—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
    • A61B5/6868—Brain
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
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    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0526—Head electrodes
    • A61N1/0529—Electrodes for brain stimulation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]

Definitions

  • the invention relates to electrodes or electrode matrices that are used for recording and / or stimulating biological samples.
  • the invention relates to a device for electrodes and more specifically removable microelectrodes in their support.
  • microelectrode array - MEA electrode matrices or microelectrodes
  • fundamental research better understanding of the nervous systems
  • pharmacology testing of compounds active
  • functional rehabilitation using electrical stimulation neuro-prostheses with retinal, cochlear, spinal, cortical implants, etc.
  • functional rehabilitation using central nervous system brain-machine interface
  • the electrode devices conventionally used comprise probes in the form of a plane, square / round / oval / star-shaped sheets, fakir mats or, in particular, silicon forks which make it possible to push the device into the tissue of the sample. On these forks are arranged electrodes. These MEAs, called neural probes (neural probes) allow to explore the thickness of the tissue.
  • the shape and functions of the electrodes may vary depending on the intended application (type of fork, number of teeth, arrangement and number of electrodes per tooth, length of teeth, etc.).
  • FIG. 1 shows schematically an electrode device 1 according to the state of the art.
  • the electrode device 1 comprises a probe 2 and a support 3.
  • the probe 2 comprises a forked substrate, and electrodes in the form of metal conductive lines deposited on the substrate and covered with an electrical insulator except at their end.
  • the support 3 comprises a printed circuit board (PCB) for electrically addressing each electrode with systems recording and / or stimulation, or more generally by an electronic system.
  • the electrodes are electrically connected to the circuit board by wire-bonding or flip chip. These connection methods are long and expensive.
  • the electronic system it is connected to the support via a connection element fixed on the support, typically on the opposite side of the probe. Conventional connection techniques are employed for this connection, since the components have sizes of the order of one centimeter.
  • the current electrode devices have almost unacceptable limitations: in fact, one of the major problems of these electrode devices lies in the fragility of the probe which can break easily, either because of wear or because of mishandling. In case of breakage of the probe, it is necessary to change the entire device.
  • a probe intended to be positioned in contact with biological tissue by a distal end, the probe comprising:
  • the electrode device comprises:
  • At least one clamping member capable of releasing the proximal end of the probe from the support or, conversely, tightening the proximal end of the probe, the conductive element and the support between them, by a direct support of the organ clamping against the proximal end of the probe, so as to establish an electrical contact between each contact pad of the probe and a contact pad of the support via the conductive element.
  • the probe is detachable from the support. This has the advantage that in case of damage to the probe, the probe can be detached from the support and only the probe can be replaced. In addition, the probe is more easily cleaned, and can be placed more easily at home.
  • the support is no longer a "consumable", the support can be reused with another probe and it can be designed to accommodate more powerful and sophisticated electronic elements, which were previously positioned upstream of the device. electrodes.
  • the invention may comprise the following characteristics, taken alone or in combination:
  • the device comprises a base attached to the support in which the base comprises:
  • a housing serving as a slideway and formed by two lateral guide walls for guiding the insertion of the proximal end of the probe bearing against the conductive element in the base, and
  • the base comprises as positioning means a stop located at the end of the stroke of the proximal end of the probe in the housing of the base, the probe is inserted into the base in a first direction of insertion, and the clamping member clamps the probe, the conductive element and the support between them in a second direction of clamping, the second direction being different from the first direction, preferably orthogonal to the first direction,
  • the device comprises a base attached to the support in which the base contains lugs, or centering apertures, which cooperate with openings, or centering lugs respectively, arranged on the proximal end of the probe to ensure that each stud of the probe is connected to a single contact pad of the support once the probe fixed in the base, the probe is in the form of a fork and in that the substrate comprises at least one tooth at the distal end and a plurality of electrodes extending at least over the tooth, the conductive element comprises a matrix of springs, each spring being compressed between a contact pad of the probe and a contact pad of the support under the action of the clamping member, the conductive member comprises a holding plate having a plurality of holes, each spring being disposed within a hole of the plate, the device comprises one or more alignment guide (s) extending through the holding piece to ensure relative positioning of the conductive element relative to the support; the conducting element comprises a clean anisotropic conductive film; to establish an electrical contact between a contact pad of the probe and a
  • FIG. 1 represents an electrode device according to the state of the art
  • FIG. 2 represents a block diagram of an electrode device according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents different layers of an electrode
  • FIGS. 4a to 4c represent different types of probes
  • FIGS. 5, 6 and 7 schematically show, in side view, in plan view and in front view, a device according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 8a and 8b show a conductive element according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 9 represents a device comprising a conductive element according to a second embodiment of the invention.
  • FIGS. 10a and 10b show a probe of the device being inserted and inserted into the device
  • FIG. 11 schematically represents a test circuit for verifying a correct relative positioning of the probe relative to the support
  • the electrode device 1 comprises a sensor 2, a support 3, a conducting element 4 and at least one clamping member 5.
  • This device 1 can be used both in vivo and '/' n vitro or ex vivo.
  • the probe 2 is intended to be positioned in contact with a biological tissue by a distal end 2b.
  • the probe 2 comprises a substrate 20, a plurality of electrodes 21a, ..., 21n (referenced 21) and contact pads 22a, ... 22n (referenced 22) connected to the electrodes and located at a proximal end 2a.
  • connection means that the contact pads or elements considered in this description are electrically connected.
  • the support 3 is configured to be connected to the proximal end 2a of the probe 2 and is intended to electrically connect the electrodes 21 to an electronic system 6 (such as a processing or control circuit) via a connection element 31.
  • the support comprises contact pads 32a,... 32n (referenced 32).
  • the conductive element 4 extends between the contact pads of the probe 22 and the contact pads of the support 32.
  • the clamping member 5 is able to release the proximal end 2a of the probe 2 of the support 3 or vice versa, that is to say to come together clamp the proximal end 2a of the probe 2, the conductive element 4 and the support 3 between them, so as to establish an electrical contact between each contact pad of the probe 22 and a corresponding contact pad of the support 32 via the conductive element 4. This gives a direct support of the clamping member against the proximal end 2a of the probe 2.
  • the dimensions of the electrodes 21 and the probe 2 are of the order of a few micrometers per centimeter.
  • the support 3 thus constitutes a micro-macro interface between the probe 2 and the electronic system 6.
  • the first contact recovery is therefore a micro-macro recovery, while the second contact recovery is a macro-macro recovery.
  • the probe 2 allows the electrodes 21 to come into contact with the biological tissue. It is typically of round, square, or oblong shape, for which a distal end 2b intended to be in contact with the biological tissue and a proximal end 2a intended to be connected to the support 3 are defined.
  • the Probe 2 is composed of several layers of different materials such as glass, plastic, polymer, or diamond, and conductive layers of silicon, gold, platinum, or other conductive or semiconductor material (metals such as platinum or platinum black, conductive polymers or other).
  • the probe 2 may comprise a ground plane 23 for better focusing electrical stimulation in the tissue, and a plurality of tracks 24a, ... 24n (referenced 24 for simplicity) connecting the electrodes 21 to the pads of contact of the probe 22.
  • a ground plane 23 is described in more detail in the document FR 2 922 460.
  • the tracks 24a,... 24n, formed on the substrate are conductive strips obtained by etching a layer in conductive material, such as metal.
  • the tracks extend from the electrodes 21 to the contact pads of the probe 22.
  • the probe comprises a stack of layers, including a substrate 20, the electrodes 21 and the tracks 24, an insulator , and a plan of mass.
  • conductive layers such as the one forming the electrodes 21 and the tracks 24
  • insulating layers and the substrate 20 it is possible to alternate conductive layers (such as the one forming the electrodes 21 and the tracks 24) with insulating layers and the substrate 20 to optimize the paths or allow more complex plots.
  • all the electrodes 21, the tracks 24 and the contact pads 22 are in the same plane, in particular for the case of fork-shaped electrodes.
  • the different layers may have openings 0 opposite other layers, to allow contact between the tissue and the electrodes 21 or the contact pads 22 and the conductive element 4: this is particularly the case for the layers of insulator and ground plane 23 which have an opening 0.
  • the probe 2 may take different forms and may comprise different configurations of electrodes 21, depending on the intended use.
  • the probes comprising a substrate 20 with a tooth 20a (FIG. 4a) and several teeth 20a, 20b, 20c, 20d (FIGS. 4b, 4c) at the distal end 2b are distinguished.
  • the electrodes 21 extend over each of the teeth 20a, ... 20d of the substrate 20 or more generally over the entire substrate 20.
  • the electrodes 21 may be concentrated on the distal end 2b of the teeth 20a or of the substrate 20, or distributed over the entire portion of the substrate 20 which will be contacted with the tissue of the sample. It is also possible to construct the probe 2 comprising a circular or rectangular portion.
  • the probe comprises between 1 and 4096 electrodes.
  • the pitch between two electrodes is typically between 1 ⁇ and 5 mm.
  • the current trend is to increase the number of electrodes and reduce their size, as well as the miniaturization of the device 1.
  • the device 1 allows the first micrometric-macrometric contact (or micrometer-millimeter), while allowing a large number of connections.
  • the contact pads 22 of the probe 2 are advantageously located at the proximal end 2a of the probe 2.
  • the contact pads 22 provide electrical contact between the electrodes 21 via the tracks 24 and the support 3.
  • the contact pads 22 are preferably assembled on a smallest possible surface and form a first pattern of pads Ml.
  • the proximal end 2a of the probe 2 has a constant width L.
  • said width may vary, for example by decreasing or increasing.
  • the substrate 20 of the probe 2 is preferably rigid. It is nevertheless conceivable to provide a flexible (flexible) substrate, for example made of parylene or polyamide or any other biocompatible material, with a flexible (flexible) or rigid proximal end 2a for clamping which fits into the support 3 for to be fixed there.
  • the support 3 is the transition element between the microscopic domain and the macroscopic domain. It is preferably rigid but it is also conceivable to provide a flexible support, in the case of applications requiring devices 1 to adapt to the space available for manipulations.
  • the support 3 has an oblong shape.
  • the support 3 comprises a printed circuit, which makes it possible to electrically connect the contact pads of the support 32 to the connecting element 31.
  • a proximal end and a distal end of the support 3 are defined.
  • the contact pads contact of the support 32 are located on the distal end of the support 3 and the connecting element 31 on the proximal end of the support 3.
  • the contact pads of the support 32 are preferably gathered on a smallest possible surface and form a second pattern M2.
  • the support 3 can integrate an intermediate piece, or adapter, to allow to postpone the contact pads 32 disposed on a given surface of the support 3, on a smaller surface on the upper surface of the intermediate piece 60 which has intermediate contact pads, to reduce the contact area of the proximal end 2a of the probe 2.
  • the adapter is for example silicon.
  • the adapter can be fixed in a manner irremovable to the support 3.
  • the conductive element 4 ensures contact between the pads of the support 32 and the pads of the probe 22. It comprises compressible or deformable parts. In one embodiment, the conductive element 4 can ensure contact between the intermediate contact pads of the intermediate piece and the contact pads 22 of the proximal end 2a of the probe 2.
  • the conductive element 4 comprises an array of current-conducting springs 41a, 41n (referenced 41) and a retaining piece 42 (see FIGS. 5, 6, 7, 8a, 8b).
  • the term "spring” denotes a piece having elastic properties and being elastically deformable under a constraint. Given the dimensions involved in this device 1 and the low compression force required (it is only to maintain an electrical contact), the spring effect can be typically obtained sufficiently by small metal blades.
  • Each spring 41 has two ends, each being intended to be brought into contact with a contact pad of the probe 22 on the one hand and a contact pad of the support 32 on the other.
  • the set of first ends 411 of the springs 41 forms a third pattern M3 (see FIG. 8a).
  • the first unit Ml of the contact pads of the probe 22 and the third unit M3 are symmetrical, so that when the two units M1, M3 are superimposed, each first end 411 of a spring 41 is in contact with a single block of contact of the probe 22.
  • the set of second ends 412 of the springs 41 form a fourth pattern M4.
  • the second pattern M2 of the contact pads of the support 32 and the fourth pattern M4 are symmetrical, so that when the two patterns M2, M4 are superimposed, each second end 412 of a spring 41 is in contact with a single contact pad of support 32.
  • the contact is made by pressing the pads 22, 32 on the ends of the springs 411, 412 by means of a clamping member 5 which will be described later.
  • the spring matrix 41 is held in place by the holding piece 42 having a plurality of holes, each spring being disposed inside a hole of the holding piece 42.
  • the holding piece 42 is adapted so that the ends 411, 412 of the springs 41 remain free when the probe 2 is not mounted on the support 3 (see Figure 8b), in order to be compressed when the probe 2 is mounted on the support 3.
  • the pitch between two springs 41 is preferably between 1 ⁇ and 5 mm, preferably 100 ⁇ and 1 mm, or 50 ⁇ and 1mm.
  • the conductive element 4 comprises an anisotropic conductive foil 43 ("anisotropic conductive film - ACF").
  • anisotropic conductive film - ACF anisotropic conductive film
  • Such a sheet 43 establishes a connection between its faces when pressure is exerted on the sheet 43.
  • the sheet 43 may have a boss (raised elements) to allow the connection.
  • the support 3 also includes a boss for promoting the connection.
  • the patterns M1 and M2 will be symmetrical so as to be put into contact correspondence by means of the film ACF.
  • the pressure is produced by the clamping member 5.
  • Non-deformable pads can be used on the support 3 and the clamping contact is ensured by the insertion of an anisotropic conductive film of the ACF film type.
  • the conductive element 4 may also comprise a holding piece 42 for holding the sheet 43 taut.
  • the device 1 also comprises a connection platform 34 comprising a base 35 fixed to the support 3. The base 35 is adapted to accommodate the clamping member 5 and the conductive member 4 ( Figures 7, 9).
  • the connecting platform 34 comprises one or more alignment and assembly guide (s) 37 which each receive for example a screw 36. These guides 37 extend through the holding piece 42 to ensure a relative positioning of the conductive element 4 with respect to the support 3.
  • the base 35 comprises a sliding housing T formed by two lateral guide walls 37a, 37b and / or a means for positioning the proximal end 2a of the probe such as a stop 38 (see FIGS. 9) which guide the insertion of the proximal end 2a of the probe 2 into the connecting platform 34 and make it possible to ensure relative positioning of the contact pads of the probe 22 with respect to the contact pads of the support 32.
  • the lateral guiding walls 37a, 37b therefore have a spacing substantially equal to the width L of the proximal end 2a of the probe 2. If said width decreases, the spacing of the lateral guiding walls also decreases.
  • the accuracy of the spacing or the width L, during manufacture is made in particular according to the dimensions (diameter or surface) of the contact pads 22, 32. In fact, the guide must be sufficiently precise so that each stud of the probe 22 can be connected to a single stud of the support 32.
  • the base 35 comprises an upper portion 39 which is adapted to close all or part of the cavity, so that once inserted, the proximal end 2a of the probe 2 is interposed between the conductive element 4 and the part upper 39 of the base 35.
  • the clamping member 5 passes through an opening in the upper part 39 of the base 35 situated above the housing T, in order to come into contact with the end proximal 2a of the probe 2 to support the proximal end 2a of the probe 2 against the conductive element 4.
  • the base 35 or the conductive element 4 may contain lugs (pins) or respectively centering openings which cooperate with openings or centering lugs respectively disposed on the proximal end 2a of the probe 2, rather than the side walls. and stops.
  • the conductive element 4 is housed inside the base 35.
  • the conductive element 4 is fixed to the connecting platform 34 and is adapted to be located in a cavity formed by the walls. 37a, 37b, the abutment 38 and the upper part 39. Once positioned inside this cavity, the fourth pattern M4 of the conductive element is thus placed opposite the second pattern M2 of the contact pads of the support 32 The conductive element 4 is, as previously mentioned, held in place by the alignment guides 36.
  • the base 35 is permanently mounted on the support 3, so that it forms an integral part of the support 3.
  • the conductive element 4 can be fixed on or made by microfabrication integrated with the proximal end 2a of the probe 2 and a correct positioning of the conductive element 4 in the base 35 is obtained thanks to the side walls of guides 37a, 37b and at the stop 38.
  • the clamping member 5 makes it possible to maintain the probe 2 on the support 3 and thus to guarantee the electrical contacts which connect the electrodes 21 to the electronic system 6. Conversely, the clamping member 5 also makes it possible to release the probe 2 of the support 3.
  • the clamping member 5 comprises at least one clamping screw 51 having an end adapted to exert pressure on the probe 2 to clamp the probe between them 2 the conductive element 4 and the support 3, so that there is a direct support on the proximal portion 2a of the probe 2.
  • the clamping screw 51 is screwed into the base 35 and preferably in the part superior 39.
  • the end of the screw 51 is thus set in translation by screwing and as soon as its end comes into contact with the probe 2, exerts a pressure on the probe 2, in particular on its substrate 20, to ensure the electrical contacts with the conductive element 4.
  • the screw 51 must be able to unscrew sufficiently to allow the insertion of the probe 2 into the cavity.
  • the insertion is in a first insertion direction X-X ', which is typically the direction of extension of the oblong shape of the support 3 (see FIGS. 5, 6), and the Clamp 5 performs the clamping in a second direction Y-Y ', different from the first direction and preferably orthogonal to the first direction (see Figures 5, 7).
  • This second direction YY ' is typically that defined by the orthogonal to the planes defined by the support 3 and therefore (being parallel to each other) also by the substrate 20 of the proximal end 2a of the probe 2 when the probe 2 is inserted ( see Figures 10a, 10b, in which the probe is respectively being inserted and inserted).
  • the base 35 when mounted on the support 3, can thus have a configured opening T to allow the insertion of the probe 2 in the direction X-X '.
  • the base does not need to be removed from the support 3 for the insertion of the probe 2.
  • the clamping member may be a lever, a clamp (or a clamp according to the English terminology), which compresses the substrate 20 against the conductive element 4 to ensure the electrical contacts between the contact pads 22, 32.
  • the device 1 comprises a verification circuit 7 (see FIG. 11).
  • This verification circuit 7 makes it possible to check the contacts between the contact pads 22, 32 and the centering (or the alignment) of the probe, to ensure that the electrical connection is correct.
  • the verification circuit creates a current loop between at least two electrodes 21, preferably four, of the probe 2 and the corresponding contact pads 32 of the support 3, via the conductive element 4, to ensure that said electrodes 21 are correctly placed.
  • an exemplary verification circuit 7 may comprise a first circuit 70a and a second circuit 70b of verification on the probe 2 which each connect two contact pads of the probe 2 between them. It is preferably pads located on the edge of the first pattern Ml, and in particular in the corners.
  • the verification circuit 7 comprises two other verification circuits 71a and 71b on the support 3, each connecting two contact pads 32 of the support 3 (referenced 71al and 71a2 for the circuit 71a, and 71bl and 71b2 for the circuit 71b) independently to two contact pins on the support 3 (73a 1 and 73a2 for the circuit 71a, and 73b1 and 73b2 for the circuit 71b) so as to check the electrical contact of the probe connection with an ohmmeter by measuring the resistance between the pads 73a 1 and 73a2, via the first circuit 70a, and the resistance between the pads 73b1 and 73b2, via the second circuit 70b. If the contacts are effective and correct, the ohmeter should show near-zero resistance.
  • a diode circuit may be used in series circuits 70a and 71a and another series of circuits 70b and 71b to indicate by a light indicator if the connections are indeed good.
  • a switch 72 typically makes it possible to activate this verification circuit 7 by switching it.
  • This verification circuit 7 makes it possible to ensure that the placement of at least four contact pads is correct, and therefore to ensure that the positioning of the first pattern Ml on the second pattern M2 is correct.
  • the device 1 may also be used in the fields of optogenetics and neurophotonics.
  • the probe further comprises waveguides that illuminate specific areas of the sample, the electrodes for recording responses to these stimuli.
  • An optical switch directs the optical signal into the desired waveguide.
  • the device 1 may also be used in the field of microfluidics for injecting drugs for example.
  • the probe also includes microchannels and the electrodes are used to record the responses to these stimuli.
  • the device may include seals at the level of the clamping member in order to prevent the rising of liquid at the connection pads of the conductive element 4. These seals may for example be integrated into the walls of the base 35 or level of the insertion of the probe 2 in the base 35.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'électrode, comprenant: - une sonde destinée à être positionnée en contact avec un tissu biologique, la sonde comprenant un substrat, une pluralité d'électrodes et des plots de contact reliés aux électrodes, - un support destiné à raccorder électriquement les électrodes à un circuit de traitement ou de commande, le support comprenant des plots de contact, - un élément conducteur s'étendant entre les plots de contact de la sonde et les plots de contact du support, et - un organe de serrage propre à venir serrer la sonde, l'élément conducteur et le support entre eux, de manière à établir un contact électrique entre chaque plot de contact de la sonde et un plot de contact du support par l'intermédiaire de l'élément conducteur.

Description

Micro-électrodes démontables
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L'invention concerne les électrodes ou des matrices d'électrodes qui sont utilisées pour l'enregistrement et/ou la stimulation d'échantillons biologiques.
En particulier, l'invention concerne un dispositif d'électrodes et plus précisément de microélectrodes amovibles dans leur support.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L'utilisation de matrices d'électrodes ou de microélectrodes (« microelectrode array - MEA » en terminologie anglo-saxonne) connaît un fort développement dans plusieurs domaines tels que la recherche fondamentale (meilleure compréhension des systèmes nerveux), la pharmacologie (test de composés actifs), la réhabilitation fonctionnelle utilisant la stimulation électrique (neuro-prothèses avec des implants rétiniens, cochléaires, spinaux, corticaux, etc.) et la réhabilitation fonctionnelle utilisant l'enregistrement du système nerveux central (interface cerveau-machine).
Pour les études in vitro ou in vivo, les dispositifs d'électrodes classiquement utilisées comprennent des sondes sous forme de plan, de feuillets carrés/ronds/ovales/étoilés, de tapis de fakir ou encore en particulier de fourchettes en silicium qui permettent d'enfoncer le dispositif dans le tissu de l'échantillon. Sur ces fourchettes sont disposées des électrodes. Ces MEA, appelées sondes neuronales (« neural probes ») permettent d'explorer l'épaisseur du tissu. La forme et les fonctions des électrodes peuvent varier en fonction de l'application visée (type de fourchette, nombre de dents, disposition et nombre d'électrodes par dents, longueur des dents, etc.).
La figure 1 représente de manière schématique un dispositif d'électrodes 1 conforme à l'état de la technique. D'une façon générale, le dispositif d'électrodes 1 comprend une sonde 2 et un support 3. La sonde 2 comprend un substrat en fourchette, et des électrodes sous forme de lignes conductrices métalliques déposées sur le substrat et recouvertes d'un isolant électrique sauf à leur extrémité. Le support 3 comprend un circuit imprimé (« printed circuit board - PCB ») permettant d'adresser électriquement chaque électrode par des systèmes d'enregistrement et/ou de stimulation, ou plus généralement par un système électronique. Les électrodes sont raccordées électriquement au circuit imprimé par pontage (« wire-bonding ») ou puce retournée (« flip chip »). Ces méthodes de raccordement sont longues et onéreuses. Le système électronique est, quant à lui, raccordé au support via un élément de connexion fixé sur le support, typiquement du côté opposé de la sonde. Des techniques classiques de raccordement sont employées pour cette connexion, étant donné que les composants ont des tailles de l'ordre du centimètre.
Néanmoins, les dispositifs d'électrodes actuels présentent des limitations quasi- rédhibitoires : en effet, l'un des problèmes majeurs de ces dispositifs d'électrodes réside dans la fragilité de la sonde qui peut se casser facilement, soit par usure, soit à cause d'une mauvaise manipulation. En cas de casse de la sonde, il est nécessaire de changer le dispositif en entier.
Cet inconvénient empêche une utilisation massive de ces dispositifs d'électrodes puisque cela implique des coûts de remplacement importants. En outre, le caractère actuellement « consommable » de ces dispositifs ne favorise pas l'intégration de composants plus performants ou plus élaborés dans le dispositif lui- même : actuellement, le support sert uniquement à prolonger les connexions et permet l'éloignement de l'électronique de la zone de manipulation.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention vise à pallier les inconvénients précédents grâce à un dispositif d'électrodes, comprenant :
- une sonde destinée à être positionnée en contact avec un tissu biologique par une extrémité distale la sonde comprenant :
un substrat,
une pluralité d'électrodes,
des plots de contact reliés aux électrodes et situés en extrémité proximale et
des pistes reliant les électrodes aux plots de contact de la sonde,
- un support configuré pour être connecté à l'extrémité proximale de la sonde, et destiné à raccorder électriquement les électrodes à un circuit de traitement ou de commande, le support comprenant des plots de contact, caractérisé en ce que le dispositif d'électrodes comporte :
- un élément conducteur s'étendant entre les plots de contact de la sonde et les plots de contact du support, et
- au moins un organe de serrage propre à libérer l'extrémité proximale de la sonde du support ou inversement à venir serrer l'extrémité proximale de la sonde, l'élément conducteur et le support entre eux, par un appui direct de l'organe de serrage contre l'extrémité proximale de la sonde, de manière à établir un contact électrique entre chaque plot de contact de la sonde et un plot de contact du support par l'intermédiaire de l'élément conducteur.
Grâce à l'utilisation de l'organe de serrage, la sonde est détachable du support. Cela a pour avantage qu'en cas d'endommagement de la sonde, la sonde peut être détachée du support et seule la sonde peut être remplacée. En outre, la sonde est plus facilement nettoyable, et peut être placée plus aisément à demeure.
De plus, le support n'étant plus un « consommable », le support peut être réutilisé avec une autre sonde et il peut être conçu pour accueillir des éléments d'électroniques plus performants et plus élaborés, qui étaient auparavant positionnés en amont du dispositif d'électrodes. Avantageusement, l'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- Le dispositif comprend un socle fixé au support dans lequel le socle comprend :
un logement servant de glissière et formé par deux parois latérales de guidage pour guider l'insertion de l'extrémité proximale de la sonde en appui contre l'élément conducteur dans le socle, et
un moyen de positionnement de l'extrémité proximale de la sonde dans le logement,
pour faire en sorte que chaque plot de la sonde soit relié à un seul plot de contact du support une fois la sonde fixée dans le socle,, l'organe de serrage passe dans une ouverture d'une partie supérieure du socle située au-dessus du logement, pour venir en contact avec l'extrémité proximale de la sonde afin d'appuyer l'extrémité proximale de la sonde contre l'élément conducteur, le socle comprend comme moyen de positionnement une butée située à l'extrémité de la course de l'extrémité proximale de la sonde dans le logement du socle, la sonde est insérée dans le socle selon une première direction d'insertion, et l'organe de serrage vient serrer la sonde, l'élément conducteur et le support entre eux selon une deuxième direction de serrage, la deuxième direction étant différente de la première direction, préféra blement orthogonale à la première direction,
Le dispositif comprend un socle fixé au support dans lequel le socle contient des ergots, ou respectivement ouvertures de centrage, qui coopèrent avec des ouvertures, ou respectivement ergots de centrage, disposés sur l'extrémité proximale de la sonde pour faire en sorte que chaque plot de la sonde soit relié à un seul plot de contact du support une fois la sonde fixée dans le socle, la sonde est en forme de fourchette et en ce que le substrat comporte au moins une dent en extrémité distale et une pluralité d'électrodes s'étendant au moins sur la dent, l'élément conducteur comprend une matrice de ressorts, chaque ressort étant comprimé entre un plot de contact de la sonde et un plot de contact du support sous l'action de l'organe de serrage, l'élément conducteur comprend une plaque de maintien présentant une pluralité de trous, chaque ressort étant disposé à l'intérieur d'un trou de la plaque, - le dispositif comprend un ou plusieurs guide(s) d'alignement, s'étendant à travers la pièce de maintien pour assurer un positionnement relatif de l'élément conducteur par rapport au support, - l'élément conducteur comprend un film conducteur anisotropique propre à établir un contact électrique entre un plot de contact de la sonde et un plot de contact du support sous l'action de l'organe de serrage, l'élément conducteur fait lui-même office d'organe de serrage, le dispositif comprend une pluralité d'éléments conducteurs, chaque élément conducteur étant fixé à un plot de contact de la sonde, le dispositif comprend en outre un circuit de vérification qui crée au moins une boucle de courant entre au moins deux électrodes, préférablement quatre, de la sonde et les plots de contact correspondants du support, via l'élément conducteur, afin de vérifier que lesdites électrodes sont correctement placées, et dans lequel la couche conductrice de la sonde comprend un premier et un deuxième circuits conducteurs reliant chacun au moins deux plots de contact de la sonde, et le support comprend un troisième circuit conducteur reliant au moins deux plots de contact du support, le premier et le deuxième circuits étant agencés de sorte que lorsque un contact électrique est établi entre chaque plot de contact de la sonde et un plot de contact du support, les circuits forment le circuit de test pour vérifier un positionnement relatif correct de la sonde par rapport au support, l'organe de serrage comprend au moins une vis de serrage présentant une extrémité propre à exercer une pression sur le substrat de la sonde pour serrer la sonde, l'élément conducteur et le support entre eux. PRESENTATION DES DESSINS
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention assortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 représente un dispositif d'électrode conforme à l'état de la technique,
- La figure 2 représente un schéma de principe d'un dispositif d'électrode conforme à un mode de réalisation de l'invention,
- La figure 3 représente différentes couches d'une électrode,
- Les figures 4a à 4c représentent différents types de sondes,
- Les figures 5, 6 et 7 représentent de manière schématique, en vue de côté, en vue de dessus et en vue de face, un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention,
- Les figures 8a et 8b représentent un élément conducteur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention,
- La figure 9 représente un dispositif comprenant un élément conducteur conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention,
- Les figures 10a, 10b représentent une sonde du dispositif en cours d'insertion et insérée dans le dispositif,
- La figure 11 représente de manière schématique un circuit de test permettant de vérifier un positionnement relatif correct de la sonde par rapport au support,
- Les figures 12 et 13 représentent des résultats de test de validité. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
En référence à la figure 2, le dispositif d'électrodes 1 comprend une sonde 2, un support 3, un élément conducteur 4 et au moins un organe de serrage 5. Ce dispositif 1 est utilisable aussi bien in vivo qu'/'n vitro ou ex vivo. La sonde 2 est destinée à être positionnée en contact avec un tissu biologique par une extrémité distale 2b. A cet effet, la sonde 2 comprend un substrat 20, une pluralité d'électrodes 21a,..., 21n (référencées 21) et des plots de contact 22a,...22n (référencés 22) reliés aux électrodes et situés à une extrémité proximale 2a.
Le terme « relié » signifie que les plots de contact ou les éléments considérés dans cette description sont connectés électriquement.
Le support 3 est configuré pour être connecté à l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 et est destiné à raccorder électriquement les électrodes 21 à un système électronique 6 (tel qu'un circuit de traitement ou de commande) via un élément de raccordement 31. Le support comprend des plots de contact 32a, ... 32n (référencés 32).
Lorsque la sonde 2 est montée sur le support 3, l'élément conducteur 4 s'étend entre les plots de contact de la sonde 22 et les plots de contact du support 32. L'organe de serrage 5 est propre à venir libérer l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 du support 3 ou inversement, c'est-à-dire à venir serrer ensemble l'extrémité proximale 2a de la sonde 2, l'élément conducteur 4 et le support 3 entre eux, de manière à établir un contact électrique entre chaque plot de contact de la sonde 22 et un plot de contact correspondant du support 32 par l'intermédiaire de l'élément conducteur 4. On obtient alors un appui direct de l'organe de serrage contre l'extrémité proximale 2a de la sonde 2.
Il y a ici plusieurs organes de serrage (deux) passant chacun dans une ouverture d'un socle 35 qui sera détaillé par la suite.
Typiquement, les dimensions des électrodes 21 et de la sonde 2 sont de l'ordre de quelques micromètres au centimètre. Le support 3 constitue ainsi une interface micro-macro, entre la sonde 2 et le système électronique 6. De plus, grâce à la structure du dispositif, il est possible de qualifier le contact entre la sonde 2 et le support 3 de première reprise de contact et le contact entre le support 3 et le système électronique 6 de seconde reprise de contact. La première reprise de contact est donc une reprise micro-macro, alors que la seconde reprise de contact est une reprise macro-macro.
La sonde
La sonde 2 permet une mise en contact des électrodes 21 avec le tissu biologique. Elle est typiquement de forme ronde, carrée, ou oblongue, pour laquelle on définit une extrémité distale 2b, destinée à être au contact du tissu biologique et une extrémité proximale 2a, destinée à être connectée au support 3. D'une façon générale, la sonde 2 est composée de plusieurs couches de différents matériaux tels que du verre, du plastique, du polymère, ou du diamant, et des couches conductrices en silicium, or, platine, ou autre matériau conducteur ou semiconducteur (métaux tels que le platine ou le black platine, polymères conducteurs ou autre).
En particulier, la sonde 2 peut comprendre un plan de masse 23 permettant une meilleure focalisation des stimulations électriques dans le tissu, et une pluralité de pistes 24a, ... 24n (référencées 24 pour plus de simplicité) reliant les électrodes 21 aux plots de contact de la sonde 22. Un tel plan de masse 23 est décrit plus en détail dans le document FR 2 922 460. Les pistes 24a, ... 24n, formées sur le substrat, sont des bandes conductrices obtenues par gravure d'une couche en matériau conducteur, tel que le métal. Les pistes s'étendent depuis les électrodes 21 jusqu'aux plots de contact de la sonde 22. Comme illustré sur la figure 3, la sonde comprend un empilement de couches, incluant un substrat 20, les électrodes 21 et les pistes 24, un isolant, et un plan de masse. Il est possible d'alterner des couches conductrices (comme celle formant les électrodes 21 et les pistes 24) avec des couches isolantes et du substrat 20 pour optimiser les trajets ou permettre des tracés plus complexes. Typiquement, toutes les électrodes 21, les pistes 24 et les plots de contact 22 sont dans le même plan, en particulier pour le cas d'électrodes en forme de fourchettes. Les différentes couches peuvent présenter des ouvertures 0 en regard d'autres couches, afin de permettre des contacts entre le tissu et les électrodes 21 ou les plots de contact 22 et l'élément conducteur 4 : c'est notamment le cas pour les couches d'isolant et du plan de masse 23 qui présentent une ouverture 0.
En référence aux figures 4a, 4b, 4c, la sonde 2 peut prendre différentes formes et peut comprendre différentes configurations d'électrodes 21, en fonction de l'utilisation visée. On distingue notamment les sondes comprenant un substrat 20 avec une dent 20a (figure 4a) et plusieurs dents 20a, 20b, 20c, 20d (figures 4b, 4c) en extrémité distale 2b. Les électrodes 21 s'étendent sur chacune des dents 20a, ... 20d du substrat 20 ou plus généralement sur l'ensemble du substrat 20. Les électrodes 21 peuvent être concentrées sur l'extrémité distale 2b des dents 20a ou du substrat 20, ou bien réparties sur toute la partie du substrat 20 qui sera mise en contact avec le tissu de l'échantillon. Il est aussi possible de construire la sonde 2 comprenant une partie circulaire ou rectangulaire.
Typiquement, la sonde comprend entre 1 et 4096 électrodes.
Le pas entre deux électrodes est typiquement compris entre 1 μιτι et 5 mm. La tendance actuelle va à l'augmentation du nombre d'électrodes et à la diminution de leur taille, ainsi qu'à la miniaturisation du dispositif 1.
Le dispositif 1 permet la première reprise de contact micrométrique-macrométrique (ou micrométrique-millimétrique), tout en permettant un nombre important de connexions.
Les plots de contacts 22 de la sonde 2 se trouvent avantageusement en extrémité proximale 2a de la sonde 2. Les plots de contact 22 assurent le contact électrique entre les électrodes 21, via les pistes 24 et le support 3.
Les plots de contact 22 sont de préférence rassemblés sur une surface la plus restreinte possible et forment un premier motif de plots Ml.
L'extrémité proximale 2a de la sonde 2 possède une largeur constante L. Alternativement, ladite largeur peut varier, aller par exemple en diminuant ou en augmentant.
Le substrat 20 de la sonde 2 est de préférence rigide. Il est néanmoins envisageable de prévoir un substrat souple (flexible), par exemple constitué de parylène ou de polyamide ou tout autre matériau biocompatible, avec une extrémité proximale 2a souple (flexible) ou rigide pour le serrage qui s'insère dans le support 3 pour y être fixée.
Le support
Le support 3 est l'élément de transition entre le domaine microscopique et le domaine macroscopique. Il est préférablement rigide mais il est aussi envisageable de prévoir un support souple, dans le cas d'applications nécessitant des dispositifs 1 s'adaptant à l'espace disponible pour les manipulations.
Le support 3 présente une forme oblongue. Le support 3 comprend un circuit imprimé, qui permet de raccorder électriquement les plots de contact du support 32 à l'élément de raccord 31. On définit une extrémité proximale et une extrémité distale du support 3. D'une façon préférentielle, les plots de contact du support 32 se situent sur l'extrémité distale du support 3 et l'élément de raccord 31 sur l'extrémité proximale du support 3.
Les plots de contact du support 32 sont de préférence rassemblés sur une surface la plus restreinte possible et forme un second motif M2.
Dans un mode de réalisation , le support 3 peut intégrer une pièce intermédiaire, ou adaptateur, pour permettre de reporter les plots de contacts 32 disposés sur une surface donnée du support 3, sur une surface plus petite en surface supérieure de la pièce intermédiaire 60 qui comporte des plots de contact intermédiaires, afin de réduire la zone de contact de l'extrémité proximale 2a de la sonde 2. L'adaptateur est par exemple en silicium.
L'adaptateur peut être fixé de manière inamovible au support 3. L'élément conducteur et le socle
L'élément conducteur 4 assure le contact entre les plots du support 32 et les plots de la sonde 22. Il comprend des parties compressibles ou déformables. Dans un mode de réalisation, l'élément conducteur 4 peut assurer le contact entre les plots de contact intermédiaires de la pièce intermédiaire et les plots de contact 22 de l'extrémité proximale 2a de la sonde 2. Premier mode de réalisation
Selon un premier mode de réalisation, l'élément conducteur 4 comprend une matrice de ressorts 41a, ... 41n (référencés 41) conducteurs de courant et une pièce de maintien 42 (voir figures 5, 6, 7, 8a, 8b). Par le terme « ressort », on désigne une pièce possédant des propriétés élastiques et pouvant se déformer de façon élastique sous une contrainte. Au vu des dimensions en jeu dans ce dispositif 1 et du faible effort de compression nécessaire (il s'agit uniquement de maintenir un contact électrique), l'effet ressort peut être typiquement obtenu de façon suffisante par des petites lames de métal.
Chaque ressort 41 possède deux extrémités, chacune étant destinée à être mise en contact avec un plot de contact de la sonde 22 d'une part et un plot de contact du support 32 d'autre part. L'ensemble des premières extrémités 411 des ressorts 41 forme un troisième motif M3 (voir figure 8a). Le premier motif Ml des plots de contact de la sonde 22 et le troisième motif M3 sont symétriques, de sorte que lorsque les deux motifs Ml, M3 sont superposés, chaque première extrémité 411 d'un ressort 41 est en contact avec un unique plot de contact de la sonde 22.
De la même façon, l'ensemble des secondes extrémités 412 des ressorts 41 forme un quatrième motif M4. Le deuxième motif M2 des plots de contact du support 32 et le quatrième motif M4 sont symétriques, de sorte que lorsque les deux motifs M2, M4 sont superposés, chaque seconde extrémité 412 d'un ressort 41 est en contact avec un unique plot de contact du support 32.
Le contact est assuré par pression des plots 22, 32 sur les extrémités des ressorts 411, 412 grâce à un organe de serrage 5 qui sera décrit ultérieurement. La matrice de ressort 41 est maintenue en place par la pièce de maintien 42 présentant une pluralité de trous, chaque ressort étant disposé à l'intérieur d'un trou de la pièce de maintien 42. La pièce de maintien 42 est adaptée pour que les extrémités 411, 412 des ressorts 41 restent libres lorsque la sonde 2 n'est pas montée sur le support 3 (voir figure 8b), afin de pouvoir être compressées lorsque la sonde 2 est montée sur le support 3.
Le pas entre deux ressorts 41 est préférablement compris entre 1 μιτι et 5 mm, préférablement 100 μιτι et 1 mm, voire 50 μιτι et 1mm.
Dans le cas où un ressort 41 casse, il est aisément remplaçable dans la matrice. Cela permet de limiter le caractère consommable du dispositif d'électrodes 1. Deuxième mode de réalisation
Selon un deuxième mode de réalisation (figure 9), l'élément conducteur 4 comprend une feuille conductrice anisotropique 43 (« anisotropic conductive film - ACF »). Une telle feuille 43 établit une connexion entre ses faces lorsqu'une pression est exercée sur la feuille 43. La feuille 43 peut présenter un bossage (éléments en relief) pour permettre la connexion. Complémentairement, le support 3 comprend aussi un bossage permettant de favoriser la connexion.
Dans ce cas les motifs Ml et M2 seront symétriques pour être mis en correspondance de contact grâce au film ACF.
De la même façon que pour le premier mode de réalisation, la pression est réalisée par l'organe de serrage 5.
Des plots non déformables peuvent être utilisés sur le support 3 et le contact par serrage est assuré par l'insertion d'un film conducteur anisotrope de type film ACF.
L'élément conducteur 4 peut comprendre également une pièce de maintien 42 permettant de maintenir la feuille 43 tendue. Par ailleurs, le dispositif 1 comprend également une plateforme de raccordement 34 comprenant un socle 35 fixé au support 3. Le socle 35 est adapté pour accueillir l'organe de serrage 5 et l'élément conducteur 4 (figures 7, 9).
La plateforme de raccordement 34 comprend un ou plusieurs guide(s) d'alignement et d'assemblage 37 qui reçoivent chacun par exemple une vis 36. Ces guides 37 s'étendent à travers la pièce de maintien 42 pour assurer un positionnement relatif de l'élément conducteur 4 par rapport au support 3.
En outre, le socle 35 comprend un logement-glissière T formé par deux parois latérales de guidage 37a, 37b et/ou un moyen de positionnement de l'extrémité proximale 2a de la sonde tel qu'une butée 38 (voir figures 5, 7, 9) qui guident l'insertion de l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 dans la plateforme de raccordement 34 et permettent d'assurer un positionnement relatif des plots de contact de la sonde 22 par rapport aux plots de contact du support 32.
Les parois latérales de guidage 37a, 37b ont donc un écartement sensiblement égal à la largeur L de l'extrémité proximale 2a de la sonde 2. Si ladite largeur va en diminuant, l'écartement des parois latérales de guidage va en diminuant aussi. La précision de l'écartement ou de la largeur L, lors de la fabrication se fait notamment en fonction des dimensions (diamètre ou surface) des plots de contacts 22, 32. En effet, le guidage doit être suffisamment précis pour que chaque plot de la sonde 22 puisse être relié à un seul plot du support 32.
En outre, le socle 35 comprend une partie supérieure 39 qui est adaptée pour obturer tout ou partie la cavité, de sorte qu'une fois insérée, l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 soit intercalée entre l'élément conducteur 4 et la partie supérieure 39 du socle 35.
L'organe de serrage 5 passe dans une ouverture de la partie supérieure 39 du socle 35 située au-dessus du logement T, pour venir en contact avec l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 afin d'appuyer l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 contre l'élément conducteur 4.
Alternativement, le socle 35 ou l'élément conducteur 4 peut contenir des ergots (plots) ou respectivement ouvertures de centrage qui coopèrent avec des ouvertures ou respectivement ergots de centrage disposés sur l'extrémité proximale 2a de la sonde 2, plutôt que des parois latérales et des butées.
Ainsi, l'élément conducteur 4 est logé à l'intérieur du socle 35. Selon un mode de réalisation préféré, l'élément conducteur 4 est fixé à la plateforme de raccordement 34 et est adapté pour être situé dans une cavité formée par les parois latérales 37a, 37b, la butée 38 et la partie supérieure 39. Une fois positionné à l'intérieur de cette cavité, le quatrième motif M4 de l'élément conducteur est ainsi placé en regard du deuxième motif M2 des plots de contact du support 32. L'élément conducteur 4 est, comme mentionné précédemment, maintenu en place par les guides d'alignement 36.
Dans un autre mode de réalisation, le socle 35 est monté à demeure sur le support 3, de sorte qu'il fasse partie intégrante du support 3.
Alternativement, l'élément conducteur 4 peut être fixé sur, ou réalisé par microfabrication de manière intégré à, l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 et un positionnement correct de l'élément conducteur 4 dans le socle 35 est obtenu grâce aux parois latérales de guidages 37a, 37b et à la butée 38.
L'organe de serrage
L'organe de serrage 5 permet d'assurer le maintien de la sonde 2 sur le support 3 et ainsi de garantir les contacts électriques qui relient les électrodes 21 au système électronique 6. Réciproquement, l'organe de serrage 5 permet aussi de libérer la sonde 2 du support 3.
Selon un premier mode de réalisation (voir figures 5, 8, 9, 10), l'organe de serrage 5 comprend au moins une vis de serrage 51 possédant une extrémité propre à exercer une pression sur la sonde 2 pour serrer entre eux la sonde 2, l'élément conducteur 4 et le support 3, de sorte qu'il y ait un appui direct sur la partie proximale 2a de la sonde 2. En particulier, la vis de serrage 51 est vissée dans le socle 35 et de préférence dans la partie supérieure 39.
L'extrémité de la vis 51 est ainsi mise en translation par vissage et dès que son extrémité vient au contact de la sonde 2, exerce une pression sur la sonde 2, en particulier sur son substrat 20, pour assurer les contacts électriques avec l'élément conducteur 4. La vis 51 doit pouvoir se dévisser suffisamment pour permettre l'insertion de la sonde 2 dans la cavité.
Pour des raisons pratiques, l'insertion se fait selon une première direction d'insertion X-X', qui est typiquement la direction d'extension de la forme oblongue du support 3 (voir figures 5, 6), et l'organe de serrage 5 effectue le serrage selon une deuxième direction Y-Y', différente de la première direction et préféra blement orthogonale à la première direction (voir figures 5, 7). Cette deuxième direction Y-Y' est typiquement celle définie par l'orthogonale aux plans définis par le support 3 et donc (étant parallèles entre eux) aussi par le substrat 20 de l'extrémité proximale 2a de la sonde 2 lorsque la sonde 2 est insérée (voir figures 10a, 10b, dans lesquelles la sonde est respectivement en cours d'insertion et insérée).
Le socle 35, lorsque monté sur le support 3, peut ainsi présenter une ouverture configurée T pour permettre l'insertion de la sonde 2 selon la direction X-X'. Le socle n'a ainsi pas besoin d'être démonté du support 3 pour l'insertion de la sonde 2.
Alternativement, l'organe de serrage peut être un levier, une pince (ou un clamp selon la terminologie anglo-saxonne), qui vient comprimer le substrat 20 contre l'élément conducteur 4 pour assurer les contacts électriques entre les plots de contact 22, 32.
Circuit de vérification
Afin de s'assurer que la première reprise de contact fonctionne et permette d'utiliser le dispositif 1 pour des expériences ou des tests, le dispositif 1 comprend un circuit de vérification 7 (voir figure 11). Ce circuit de vérification 7 permet de vérifier les contacts entre les plots de contact 22, 32 et le centrage (ou l'alignement) de la sonde, pour s'assurer que le raccordement électrique est correct. En particulier, le circuit de vérification crée une boucle de courant entre au moins deux électrodes 21, préférablement quatre, de la sonde 2 et les plots de contact 32 correspondants du support 3, via l'élément conducteur 4, afin de s'assurer que lesdites électrodes 21 sont correctement placées.
Pour cela, un exemple de circuit de vérification 7 peut comprendre un premier circuit 70a et un deuxième circuit 70b de vérification sur la sonde 2 qui relient chacun deux plots de contact de la sonde 2 entre eux. Il s'agit de préférence de plots situés en bordure du premier motif Ml, et en particulier dans les angles.
Le circuit de vérification 7 comprend deux autres circuits de vérification 71a et 71b sur le support 3, qui relient chacun deux plots 32 de contact du support 3 (référencés 71al et 71a2 pour le circuit 71a, et 71bl et 71b2 pour le circuit 71b) indépendamment vers deux ergots de contacts sur le support 3 (73a 1 et 73a2 pour le circuit 71a, et 73bl et 73b2 pour le circuit 71b) de manière à vérifier le contact électrique de la connexion de la sonde avec un ohmmètre en mesurant la résistance entre les plots 73a 1 et 73a2, via le premier circuit 70a, et la résistance entre les plots 73bl et 73b2, via le deuxième circuit 70b. Si les contacts sont effectifs et corrects, l'ohmètre doit indiquer une résistance quasi nulle.
Pour effectuer la mesure de manière automatique, un circuit à diode peut être utilisé en série des circuits 70a et 71a et un autre en série des circuits 70b et 71b afin d'indiquer par un voyant lumineux si les connexions sont effectivement bonnes.
Un interrupteur 72 permet typiquement d'activer ce circuit de vérification 7 en le commutant.
Ce circuit de vérification 7 permet de s'assurer que le placement d'au moins quatre plots de contact est correct, et donc de s'assurer que le positionnement du premier motif Ml sur le second motif M2 est correct. Test de validité
Afin de tester le dispositif 1, des mesures d'impédance (par multiplexage) et des tests de dépôts de black platine (voie électrochimique) ont été effectués sur toutes les électrodes.
En référence aux figures 12, 13, les résultats ont été représentés :
- aux erreurs de fabrication près, liées au prototype, 95% des électrodes ont été bien connectées et leur impédance est conforme à celle attendue ;
- le black platine n'a bien été déposé que sur les électrodes qui ont été activées (électrodes en noir sur la figure 13), ce qui démontre que l'on peut fonctionnaliser uniquement les électrodes sélectionnées.
Complément
Le dispositif 1 pourra également être utilisé dans les domaines de l'optogénétique et de la neurophotonique. Pour cela, la sonde comprend en outre des guides d'ondes qui permettent d'illuminer des zones précises de l'échantillon, les électrodes permettant d'enregistrer les réponses à ces stimuli. Un switch optique permet d'aiguiller le signal optique dans le guide d'onde souhaité.
Le dispositif 1 pourra également être utilisé dans le domaine de la microfluidique pour l'injection de médicaments par exemple. Pour cela, la sonde comprend également des microcanaux et les électrodes permettent d'enregistrer les réponses à ces stimuli.
Le dispositif peut inclure des joints au niveau de l'organe de serrage afin d'éviter la remontée de liquide au niveau des plots de connexion de l'élément conducteur 4. Ces joints peuvent par exemple être intégrés dans les parois du socle 35 ou au niveau de l'insertion de la sonde 2 dans le socle 35.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'électrodes (1), comprenant :
- une sonde (2) destinée à être positionnée en contact avec un tissu biologique par une extrémité distale (2b), la sonde (2) comprenant :
un substrat (20,
une pluralité d'électrodes (21a, 21n),
des plots de contact reliés aux électrodes (22a, 22n) et situés en extrémité proximale (2a), et
des pistes (24a, 24n) reliant les électrodes (21a, 21n) aux plots de contact (22a, 22n ) de la sonde (2),
- un support (3) configuré pour être connecté à l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2), et destiné à raccorder électriquement les électrodes (21a, 21n) à un circuit de traitement ou de commande (6), le support (3) comprenant des plots de contact (32a, 32n),
caractérisé en ce que le dispositif d'électrodes (1) comporte :
- un élément conducteur (4) s'étendant entre les plots de contact (22a, 22n) de la sonde (2) et les plots de contact (32a, 32n) du support (3), et
- au moins un organe de serrage (5) propre à libérer l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2) du support (3) ou inversement à venir serrer l'extrémité proximale
(2a) de la sonde (2), l'élément conducteur (4) et le support (3) entre eux, par un appui direct de l'organe de serrage (5) contre l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2), de manière à établir un contact électrique entre chaque plot de contact de la sonde (22a, 22n) et un plot de contact du support (32a, 32n) par l'intermédiaire de l'élément conducteur (4).
2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un socle (35) fixé au support (3) dans lequel le socle (35) comprend :
- un logement (T) servant de glissière et formé par deux parois latérales de guidage (37a, 37b) pour guider l'insertion de l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2) en appui contre l'élément conducteur (4) dans le socle (35), et
- un moyen de positionnement de l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2) dans le logement (T), pour faire en sorte que chaque plot (22a, 22n) de la sonde soit relié à un seul plot de contact (32a, 32n) du support une fois la sonde fixée dans le socle (35).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel l'organe de serrage (5) passe dans une ouverture d'une partie supérieure (39) du socle (35) située au- dessus du logement (T), pour venir en contact avec l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2) afin d'appuyer l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2) contre l'élément conducteur (4).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le socle (35) comprend comme moyen de positionnement une butée (38) située à l'extrémité de la course de l'extrémité proximale (2a) de la sonde (2) dans le logement (T) du socle (35).
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel la sonde (2) est insérée dans le socle (35) selon une première direction d'insertion (X-X7), et l'organe de serrage (5) vient serrer la sonde (2), l'élément conducteur (4) et le support (3) entre eux selon une deuxième direction de serrage, la deuxième direction (Y-V) étant différente de la première direction (X-X7), préférablement orthogonale à la première direction.
6. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un socle (35) fixé au support (3) dans lequel le socle (35) contient des ergots, ou respectivement ouvertures de centrage, qui coopèrent avec des ouvertures, ou respectivement ergots de centrage, disposés sur l'extrémité proximale (2a) de la sonde pour faire en sorte que chaque plot (22a, 22n) de la sonde soit relié à un seul plot de contact (32a, 32n) du support une fois la sonde fixée dans le socle (35).
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la sonde (2) est en forme de fourchette et en ce que le substrat (20) comporte au moins une dent (20a, 20b, 20c, 20d) en extrémité distale (2b) et une pluralité d'électrodes (21a, 21n) s'étendant au moins sur la dent (20a, 20b, 20c, 20d).
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'élément conducteur (4) comprend une matrice de ressorts (41a, 41n), chaque ressort étant comprimé entre un plot de contact de la sonde (22a, 22n) et un plot de contact du support (32a, 32n) sous l'action de l'organe de serrage (5).
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'élément conducteur (4) comprend une plaque de maintien (42) présentant une pluralité de trous, chaque ressort (41) étant disposé à l'intérieur d'un trou de la plaque.
10. Dispositif selon la revendication 9, comprenant un ou plusieurs guide(s) d'alignement (36), s'étendant à travers la pièce de maintien (42) pour assurer un positionnement relatif de l'élément conducteur (4) par rapport au support (3).
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'élément conducteur (4) comprend un film conducteur anisotropique (43) propre à établir un contact électrique entre un plot de contact de la sonde (22a, 22n) et un plot de contact du support (32a, 32n) sous l'action de l'organe de serrage (5).
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 ou 11, pour lequel l'élément conducteur fait lui-même office d'organe de serrage.
13. Dispositif selon la revendication 1 à 8 ou 11, comprenant une pluralité d'éléments conducteurs (4), chaque élément conducteur (4) étant fixé à un plot de contact de la sonde (22a, 22n).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant en outre un circuit de vérification (7) qui crée au moins une boucle de courant entre au moins deux électrodes (21), préférablement quatre, de la sonde (2) et les plots de contact (32) correspondants du support (3), via l'élément conducteur (4), afin de vérifier que lesdites électrodes (21) sont correctement placées, et dans lequel la couche conductrice de la sonde (2) comprend un premier (70a) et un deuxième (70b) circuits conducteurs reliant chacun au moins deux plots de contact de la sonde (22a, 22n), et le support (3) comprend un troisième circuit conducteur (71) reliant au moins deux plots de contact du support (32a, 32n), le premier (70a) et le deuxième (70b) circuits étant agencés de sorte que lorsque un contact électrique est établi entre chaque plot de contact de la sonde (2) et un plot de contact du support (3), les circuits (70a, 70b, 71) forment le circuit de test (7) pour vérifier un positionnement relatif correct de la sonde (2) par rapport au support (3).
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel l'organe de serrage (5) comprend au moins une vis de serrage (51) présentant une extrémité propre à exercer une pression sur le substrat (20) de la sonde (2) pour serrer la sonde (2), l'élément conducteur (4) et le support (3) entre eux.
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