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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Produkt, das dazu
verwendet werden kann, Sehverlust oder sogar vollständige Blindheit,
die von einigen retinalen Krankheiten verursacht wird, zu korrigieren.
Verschiedene retinale Krankheiten verursachen Sehverlust oder Blindheit
durch Zerstörung
der Gefäßschichten
des Auges einschließlich
der Choroidea, Choriokapillaris und der äußeren retinalen Schichten einschließlich der
Bruch'schen Membran und
des retinalen Pigmentepithels. Auf den Verlust dieser Schichten
folgt eine Degeneration der äußeren Bereiche
der inneren Retina, beginnend mit der Fotorezeptorschicht. Ein variables
Auslassen bzw. Verschonen der verbleibenden inneren Retina, bestehend
aus der äußeren Körnerschicht,
der äußeren plexiformen
Schicht, der inneren Körnerschicht,
der inneren plexiformen Schicht, der Ganglienzellschicht und der
Nervenfaserschicht, kann auftreten. Das Verschonen der inneren Retina
ermöglicht
eine elektrische Stimulation dieser Struktur, um den Sinneseindruck
von Licht zu erzeugen.
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Bisherige
Bemühungen,
Sehen durch elektrische Stimulation verschiedener Bereiche der Retina zu
erzeugen, sind berichtet worden. Ein solcher Versuch beinhaltete
eine extern mit Energie versorgte fotosensitive Einrichtung mit
fotoaktiver Oberfläche und
Elektrodenoberflächen
auf entgegengesetzten Seiten. Diese Einrichtung würde theoretisch
die Nervenfaserschicht stimulieren, indem sie direkt auf dieser
Schicht von der Seite des Glaskörpers
her angeordnet wird. Der Erfolg dieser Einrichtung ist unwahrscheinlich,
aufgrund dessen, dass sie die komplexen frequenzmodulierten neuronalen
Signale der Nervenfaserschicht kopieren muss. Weiterhin verläuft die
Nervenfaserschicht in einer im Allgemeinen radialen Richtung mit
vielen Schichten überlappender Bahnen
aus verschiedenen Bereichen der Retina. Die Auswahl der entsprechenden
zu stimulierenden Nervenfasern, um geformtes Sehen zu erzeugen, wäre extrem
schwierig, wenn nicht unmöglich.
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Eine
andere Einrichtung beinhaltete eine Einheit, bestehend aus einer
tragenden Basis, auf die ein lichtempfindliches Material wie etwa
Selen geschichtet wurde. Diese Einrichtung war so ausgestaltet,
dass sie durch einen externen skleralen Einschnitt am hinteren Pol
eingebracht werden kann, und zwischen der Sklera und der Choroidea
oder zwi schen der Choroidea und der Retina angeordnet wäre. Licht
würde das
Entstehen eines Potenzials auf der lichtempfindlichen Oberfläche verursachen,
was Ionen erzeugt, die dann theoretisch in die Retina migrieren
und eine Stimulation verursachen. Weil diese Einrichtung jedoch
keine diskrete Oberflächenstruktur
hatte, um den gerichteten Fluss der Ladungen zu begrenzen, würden laterale
Migration und Diffusion der Ladungen auftreten, wodurch die Möglichkeit
für eine
annehmbare Auflösung
verhindert würde.
Das Anordnen dieser Einrichtung zwischen der Sklera und der Choroidea
würde auch
zu einer Blockierung der diskreten Ionenmigration zu den Fotorezeptoren und
den inneren retinalen Schichten führen. Dies war aufgrund des
Vorhandenseins der Choroidea, der Choriokapillaris, der Bruch'schen Membran und
der retinalen Pigmentepithel-Schicht, von denen alle den Durchgang
dieser Ionen blockieren würden,
der Fall. Das Anordnen dieser Einrichtung zwischen der Choroidea
und der Retina würde
immer noch die Bruch'sche
Membran und die retinale Pigmentepithel-Schicht in den Weg der diskreten
Ionenmigration stellen. Aufgrund dessen, dass diese Einrichtung
in oder durch die gefäßreiche
Choroidea des hinteren Pols eingebracht würde, würden voraussichtlich subchoroidale,
intraretinale und intraorbitale Blutungen auftreten, einhergehend
mit Unterbrechung des Blutflusses zu dem hinteren Pol. Es wurde
berichtet, dass eine solche Einrichtung hergestellt und in das Auge eines
Patienten implantiert wurde, was zu Lichtwahrnehmung aber nicht
zu geformten Abbilden führte.
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Eine
künstliche
Retina mit fotovoltaischer Einrichtung wurde auch in dem US-Patent
Nr. 5,024,223 offenbart. Diese Einrichtung wurde in den Potenzialraum
innerhalb der Retina selbst eingebracht. Dieser Raum, der subretinale
Raum genannt, befindet sich zwischen der äußeren und der inneren Schicht
der Retina. Die Einrichtung umfasste eine Vielzahl sogenannter Oberflächenelektroden-Mikrofotodioden
("SEMCPs"), die auf einem
einzelnen Siliziumkristallsubstrat angeordnet waren. Die SEMCPs wandelten
Licht in kleine elektrische Ströme
um, die die darüber
liegenden und umgebenden inneren retinalen Zellen stimulierten.
Aufgrund des festen Substrats der SEMCPs trat eine Blockierung der
Nährstoffe von
der Choroidea zu der inneren Retina auf. Selbst mit Fenestrationen
mit verschiedenen Geometrien war das Durchdringen des Sauerstoffs
und biologischer Substanzen nicht optimal.
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Eine
andere Methode für
eine fotovoltaische künstliche
Retinaeinrichtung wurde im US-Patent
Nr. 5,397,350 berichtet. Diese Einrichtung umfasst eine Vielzahl
sogenannter unabhängige
Oberflächenelektroden-Mikrofotodioden
(ISEMCPs), die innerhalb eines Flüssigkeitsträgers eingebracht werden, ebenso für das Anordnen
in den subretinalen Raum des Auges. Aufgrund des offenen Raumes
zwischen benachbarten ISEMCPs können
Nährstoffe
und Sauerstoff von der äußeren Retina
in die inneren retinalen Schichten fließen und diese Schichten versorgen.
In einer anderen Ausführungsform
dieser Einrichtung enthielt jede ISEMCP eine elektrische Kondensatorschicht
und wurde ein ISEMCP-C genannt. ISEMCP-Cs erzeugen in der Dunkelheit
einen begrenzten elektrischen Strom, der verglichen zum im Licht
erzeugten Strom von entgegengesetzter Richtung ist, um Sehempfindungen
wirksamer zu induzieren und um zu verhindern, dass die Retina aufgrund
länger anhaftender
Stimulation mit monophasischem elektrischen Strom durch Elektrolyse
geschädigt
wird.
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Diese
bisherigen Einrichtungen (SEMCPs, ISEMCPs, und ISEMCP-Cs) hängen vom
Licht in der Sehumgebung ab, um sie anzutreiben. Die Fähigkeit dieser
Einrichtungen unter Bedingungen mit kontinuierlich schwachem Licht
zu funktionieren, war deshalb begrenzt. Das Ausrichten der ISEMCPs
und ISEMCP-Cs in dem subretinalen Raum, so dass sie alle dem einfallenden
Licht gegenüberstehen,
war ebenfalls schwierig.
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Weiterhin
offenbart die US-A-5 159 927 eine visuelle Prothesevorrichtung,
welche umfasst: eine abbildende Kamera, ein Verarbeitungsmittel,
ein Projektionssystem gesteuert durch die Verarbeitungsmittel und
einen Augeneinsatz, welcher das kranke oder geschädigte Auge
ersetzt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft ein System, welches das Implantieren von mikroskopischen
Implantaten in das erkrankte Auge ermöglicht, so dass das System bei
kontinuierlich niedrigen Lichtniveaus arbeiten kann und auch eine
verbesserte Wahrnehmung von hellen und dunklen Details erzeugt.
Diese Erfindung stellt ein Retina-Stimulationssystem zur Verfügung, wie
in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind der Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
Die Erfindung hat zwei wesentliche Komponenten: (1) Retinaimplantate
mit multiphasischen Mikrofotodioden ("MMRIs") von mikroskopischer Größe, die
in das Auge implantiert werden, und (2) ein äußerlich getragenes adaptives
abbildendes Retinastimulations-System ("AIRES"), welches unter anderem infrarotes
Licht verwendet, um die MMRIs zu stimulieren, unter Bedingungen
schwachen Lichts einen "Dunkelstrom" in der Retina zu
erzeugen, und die Wahrnehmung von hellen und dunklen Details zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Retinaimplantat zur Verfügung, wie
es in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den
abhängigen
Ansprüchen
definiert. In der Anwendung wird eine Gruppe solcher MMRIs in den
sogenannten "subretinalen
Raum" zwischen der äußeren und
der inneren Retina in das Auge implantiert, so dass zufällig verteilt,
etwa die Hälfte
von ihnen (das heißt
die erste Untergruppe) so orientiert sein wird, dass deren P-Seiten
dem in das Auge einfallenden Licht zugewandt sein wird, und etwa
die andere Hälfte
(das heißt
die zweite Untergruppe) so ausgerichtet ist, dass deren N-Seiten
dem in das Auge einfallenden Licht zugewandt sein werden.
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In
dieser Lage und Ausrichtung wandelt die erste Untergruppe der MMRIs
Energie aus dem hereinkommenden sichtbaren Licht in kleine elektrische Ströme um, wodurch
in dem Auge die Empfindung von Licht stimuliert wird, um geformtes
Sehen zu erzeugen. Mit anderen Worten wandelt die erste Untergruppe
sichtbares Licht in elektrischen Strom um, wodurch die Retina mit "Hellströmen" stimuliert wird, um
so die Wahrnehmung von sichtbaren Licht zu induzieren. Die zweite
Untergruppe der MMRIs wandelt infrarotes Licht, das von AIRES zur
Verfügung gestellt
wird, in elektrische Ströme
um, wodurch die Retina mit "Dunkelströmen" unter Bedingungen schwachen
Lichts stimuliert wird, um die Wahrnehmung von Dunkelheit zu induzieren.
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Das
adaptive abbildende Retinastimulations-System oder AIRES umfasst
ein optisches System zur Projektion und Nachführung ("PTOS"),
einen Neuro-Netz-Computer ("NNC"), eine abbildende CCD-Kamera
("IMCCD") und eine Eingabeeinrichtung
mit Stift ("ISP").
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In
einem Beispiel umfasst jedes mikroskopische Implantat eine Vielzahl
von gepaarten MMRI-Untereinheiten, die zusammen in einer einzigen abgeflachten
kubischen Einheit angeordnet sind. Die mikroskopischen Implantate
werden so hergestellt, dass jedes MMRI-Element jedes Paars seine
positive Polelektrode auf einer der abgeflachten Oberflächen und
seine negative Polelektrode auf der anderen abgeflachten Oberfläche hat.
Jedes MMRI-Element jedes Paars ist so angeordnet, dass es in entgegengesetzter
Richtung zu dem anderen MMRI-Element des Paars orientiert ist, die
negative (N) Elektrode des ersten Elements des MMRI-Paars ist auf
oder nahe bei der gleichen Oberfläche wie die positive (P) Elektrode
des zweiten Elements des Paars, und die positive Elektrode des ersten
Elements des MMRI-Paars ist auf oder nahe bei der gleichen Oberfläche wie
die negative Elektrode des zweiten Elements des Paars. Jede der
abgeflachten Seiten eines einzelnen mikroskopischen Implantats hat
deshalb wenigstens eine zugehörige
positive Mikrofotodiodenelektrode von einem MMRI und eine negative
Mikrofotodiodenelektrode von einem anderen MMRI. Diese Symmetrie stellt
sicher, dass jedes solche mikroskopische Implantat in genau der
gleichen Weise wirkt, unabhängig davon,
welche der abgeflachten Seiten dem einfallenden Licht gegenüber ist.
Mehrschichtige dielektrische Filter sind auf den P-Oberflächen und
den N-Oberflächen
der MMRI-Untereinheiten angeordnet, um zu ermöglichen, dass sichtbares Licht
(400 bis 900 nm) durch die P-Oberfläche hindurchgeht und infrarotes
Licht (740 bis 900 nm) durch die N-Oberflächen hindurchgeht. Auf diese
Weise spricht die PiN-Anordnung jeder MMRI-Untereinheit auf sichtbares
Licht an, während
die NiP-Anordnung auf infrarotes Licht anspricht.
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In
einer Abwandlung dieses Beispiels verbindet eine gemeinsame Elektrode
auf jeder Seite des Implantats die positive Polelektrode eines MMRI-Elements
mit der negativen Polelektrode des zweiten MMRI-Elements auf der
gleichen Seite.
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In
dem bevorzugten Beispiel haben die abgeflachten Strukturen des mikroskopischen
Implantats ein Verhältnis
Dicke zu Breite und Tiefe von 1:3, und haben eine Bevorzugung sich
selbst in dem subretinalen Raum zu orientieren, wobei eine ihrer
abgeflachten fotoaktiven Oberflächen
zum Aufnehmen von einfallendem Licht positioniert wird. Die P- und N-Elektroden
jeder MMRI-Untereinheit und/oder die gemeinsame Elektrode, welche
die P- und N-Elektrode verbindet, sind auf oder nahe bei den lichtempfindlichen
Oberflächen
des mikroskopischen Implantats. Durch die PiN-Anordnung erzeugte
elektrische Ströme
werden in den überlagerten
und/oder benachbarten retinalen Zellen die Empfindung von Hell" stimulieren, während durch
die NiP-Anordnung erzeugte elektrische Stöme die Empfindung von "Dunkelheit" in der Nähe von den
selben Zellen stimulieren wird.
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Die
Energie für
die „Hellströme" leitet aus von dem
sichtbaren Spektrum eintreffender Bildern ab. Die Energie für die "Dunkelströme" wird durch überlagertes
infrarotes (IR) Licht und/oder Bilder, die durch ein externes computergesteuertes
optisches Headset-Projektionssystem
in das Auge projiziert werden, zur Verfügung gestellt. Dieses externe
computergesteuerte optische Headset-Projektionssystem wird adaptives
abbildendes Retina-Stimulationssystem „AIRES" genannt.
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AIRES
umfasst Komponenten von Untersystemen: ein optisches System zur
Projektion und Nachführung
(PTOS), ein Neuronal-Netz-Computer (NNC), eine abbildende CCD-Kamera (IMCCD) und eine
Eingabeeinrichtung mit Stift (ISP). Während des Betriebs "sieht" und interpretiert
AIRES Details und Eigenschaften von Bildem über seine eigene IMCCD und
verarbeitet diese Information mit seinem NNC. Dann projiziert es
moduliertes infrarotes Licht und/oder Bilder und wenn nötig Bilder
mit sichtbaren Licht in das Auge, um die Funktion des Implantats
zu beeinflussen. Durch die Verwendung von teilweise spiegelnden
und durchlässigen
Spiegeln in dem PTOS projiziert AIRES infrarotes und sichtbares Licht/Bilder,
die den Bildern aus dem sichtbaren Spektrum, welche in das Auge
aus der Umgebung hineingehen, überlagert
werden. Anfänglich
wird AIRES unter Verwendung von "Patienteneingaben" aus einer Eingabeeinrichtung,
wie etwa einem Zeichentablett, programmiert, um den NNC zu "trainieren", wie die Implantatfunktion
verändert
werden soll, um genaue Bilder zu erzeugen. Nach dem Training wird AIRES
verbesserte Fähigkeiten
haben, die Implantatfunktion mit geringer zusätzlicher Patientenunterstützung zu
modulieren. Die wichtigsten Vorteile dieses Kombinations-Systems
von MMRI plus AIRES gegenüber
dem vorherigen Stand der Technik ist, dass das kombinierte System
in Umgebungen mit schwachen Licht immer noch funktionieren kann,
und dass "Hell-" und "Dunkel-' Ströme durch
AIRES genau abgestimmt werden können,
um optimale Bilder zur Verfügung
zu stellen. Die Erzeugung von entgegengesetzten Licht- und Dunkelströmen wird
auch jeden zerstörerischen
Effekt durch Elektrolyse verringern und die Bioverträglichkeit
des Implantats verbessern.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird die PTOS Kopfeinrichtung (headset) des AIRES wird vom Patienten
getragen und projiziert Bilder und Beleuchtung mit infrarotem (IR)
und sichtbaren Licht veränderlicher
Intensität
in das Auge, unter Verwendung einer für infrarotes und sichtbares
Licht geeigneten CRT (IRVCRT). Diese Bilder und die Beleuchtung
mit IR und sichtbarem Licht wird die Funktion der MMRI-Untereinheiten
des Implantats verändern, indem
ihre Stromausgabe moduliert wird. In Dunkelheit ist die IR-Beleuchtung die dominierende
Leistungsquelle und betreibt die MMRI-NiP-Anordnung zur Erzeugung
von elektrischen Strömen,
die die Sehempfindung von Dunkelheit stimulieren werden. Jedoch
wird der durch IR-induzierte NiP-Strom durch das PTOS über die
NNC-Steuerung aufgrund von Informationen verändert, die von den Umgebungslichtsensoren
des PTOS und der IMCCD zur Verfügung gestellt
werden. Unter hellen Lichtbedingungen wird ein höherer Strom in der MMRI-PiN-Anordnung durch
das Umgebungslicht induziert, und es wird ein modulierter niedrigerer
MMRI-NiP-Strom abgegeben. Dieses erzeugt eine Netto-Empfindung von Licht.
Weil Bilder in der normalen Umgebung ständig wechselnde Hell- und Dunkeleigenschaften
haben, werden auch die elektrischen Ausgaben der Implantate schnell
zwischen "Hellströmen" und "Dunkelströmen" wechseln. Eine Modulation
des "Hellstroms" des Implantats kann
auch durch das AIRES-PTOS durchgeführt werden, indem zusätzliche
Bilder sichtbaren Lichts projiziert werden, überlagert über die Bilder mit dem Umgebungslicht.
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Während des
Betriebes verwendetes AIRES seinen NNC, um die durch seine IMCCD
zur Verfügung
gestellten digitalisierten Bilder zu verarbeiten. In der bevorzugten
Ausführungsform
projiziert AIRES überlagerte
Bilder, Echtzeit-Videobilder, sichtbare und infrarote Bilder auf
das Retinaimplantat. Diese Bilder können entweder simultan oder
in schneller Aufeinanderfolge von dem IRVCRT angezeigt werden. Alternativ
dazu, kann jede geeignete Anzeigeeinrichtung, wie etwa eine gefilterte
aktive Matrix-LCD, eine LED-Anzeige oder eine gefilterte Plasmaanzeige
verwendet werden, um das sichtbare und infrarote Licht und die Bilder
zu erzeugen. AIRES steuert die von dem PTOS projizierten Bilder
durch Änderung
der Wellenlänge,
Intensität,
Dauer und Frequenz. Eine Patienten-Eingabeeinrichtung (z.B. ein
Eingabe-Zeichentablett) ist auch mit dem NNC verbunden und ermöglicht es
dem Patienten, die Bilder, die durch die PTOS Kopfeinrichtung mit
infrarotem und sichtbarem Licht erzeugt werden, zu verändern. Diese
Patienten-"Rückkopplung" wird von dem AIRES
NNC ausgewertet, dann mit den computerverarbeiteten Bildern aus
der IMCCD verglichen, und die Unterschiede werden von der AIRES
Neuro-Netz-Software erlernt. Nach einer Lemperiode ist der NNC dazu
in der Lage, die von dem Computer erzeugten sichtbaren und infraroten
Bilder automatisch einzustellen, um die Bildqualität ohne Unterstützung durch
den Patienten zu verbessern. Durch Einstellung der Stimulationsfrequenz
und -dauer der infraroten und sichtbaren Bilder des PTOS wird AIRES
auch dazu in der Lage sein, bei einigen Patienten den Eindruck von
Farbe zu stimulieren. Dies geschieht auf eine Weise, die ähnlich zu
der bei normalsichtigen Personen induzierten Farbempfindung bei
der Verwendung eines drehenden schwarzen und weißen Benham-Kreisels oder bei
der Verwendung von frequenzmodulierten Schwarz/Weiß-Fernsehmonitoren ist.
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Die
Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik in erster Linie
auf die folgende Weise. Sichtbare und infrarote Bilder und Licht
werden verwendet, um die MMRI-Funktion
selektiv zu modulieren. Ein MMRI kann mit Licht von jeder seiner
zwei fotoaktiven Seiten stimuliert werden und erzeugt lokalisierten
stimulierenden elektrischen Strom von beiden Seiten. Die abgeflachten
Formen der MMRIs ermöglichen
eine vorzugsweise Ausrichtung der Einrichtungen auf das einfallende
Licht, wenn es in dem subretinalen Raum angeordnet wird. Bei Verwendung
des AIRES-Systems kann die elektrische Ausgabe der MMRIs für individuelle
Patientenbedürfnisse
programmiert werden. Der Aufbau der MMRIs ermöglicht auch die Alternative,
sie dazu zu verwenden, um die Nervenfa serschicht, die Ganglienzellschicht
oder die innere plexiforme Schicht der Retina von der Seite des
Glaskörpers
her zu stimulieren; oder sie dazu zu verwenden, die restliche fotorezeptive
Schicht, die bipolare Zellschicht, oder die innere plexiforme Schicht
von dem subretinalen Raum her zu stimulieren, indem ihre Polaritäten während der Herstellung
umgekehrt werden. Die biphasische Art des elektrischen Stroms der
von den MMRIs ausgegeben wird, ist auch biologisch besser verträglich als die
meistens monophasische Art der elektrischen Stimulation nach dem
bisherigen Stand der Technik.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1–12 und 26–28 sind
nicht Teil der Erfindung sondern zeigen beispielhafte Retinaimplantate,
die für
die vorliegende Erfindung nützlich
sind.
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1 ist
eine ebene Ansicht eines Beispiels eines Retinaimplantats mit Mikrofotodiode
(MMRI);
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2 ist
ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie II-II der 1;
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3 ist
eine ebene Ansicht eines zweiten Beispiels eines Retinaimplantats
(MMRI-E);
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4 ist
ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie IV-IV der 3;
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5 zeigt
den Herstellungsprozess des Mikrofotodiode-Retinaimplantats nach 1 (MMRI);
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6 ist
eine ebene Ansicht eines dritten Beispiels eines Retinaimplantats
(MMRI-4), welches aus zwei Paaren von MMRI-Untereinheiten zusammengesetzt
ist;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht im Querschnitt entlang der Ebene der
Linie VI-VI der 6;
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8 ist
eine ebene Ansicht eines vierten Beispiels eines Retinaimplantats
(MMRI-4E), das aus zwei Paaren von MMRI-E Untereinheiten besteht;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht im Querschnitt entlang der Ebene der
Linie VIII-VIII der 8;
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10 zeigt
dreidimensionale und ebene Ansichten und eine vergrößerte Ausschnittsansicht eines
3-Inch Siliziumwafers, der auf einem dickeren 4-Inch Siliziumwafer
während
der Herstellung der Mikrofotodioden-Retinaimplantate (MMRI-4) nach 6 gesichert
ist;
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11 zeigt
die Mikrofotodioden-Retinaimplantate (MMRI-4) nach 6,
die in den bevorzugten Bereich des subretinalen Raumes implantiert
sind;
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12 zeigt
die Mikrofotodioden-Retinaimplantate (MMRI-4) nach 6 in
einem anderen Bereich, auf der Oberfläche der Nervenfaserschicht
der Retina, implantiert;
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13 zeigt
eine ebene Ansicht eines fünften
Beispiels des Mikrofotodioden-Implantats
(MMRI-IPV);
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14 ist
ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie X-X in 13.
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15 zeigt
eine ebene Ansicht eines sechsten Beispiels des Mikrofotodioden-Implantats (MMRI-IPIR);
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16 ist
ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie XII-XII in 15;
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17 zeigt
eine ebene Ansicht eines siebten Besipiels des Mikrofotodioden-Implantats (MMRI-IPVIR-A);
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18 ist
ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie XIV-XIV in 17;
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19 zeigt
eine ebene Ansicht eines achten Beispiels des Mikrofotodioden-Implantats (MMRI-IBVIR-B);
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20 ist
ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie XVI-XVI in 19;
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21 ist
ein Querschnitt der Retina und zeigt Mikrofotodioden-Implantate
nach 17 (MMRI-IPVIR-A) an ihrem bevorzugten Ort in
dem subretinalen. Raum, wobei ihre Elektroden in die Bereiche der
Sublamina B und der Sublamina A der inneren plexiformen Schicht
dringen;
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22 ist
ein Querschnitt der Retina und zeigt die Mikrofotodioden-Implantate
nach 17 mit umgekehrten Polaritäten (MMRI-IPVIR-AR) an ihrem
bevorzugten Ort auf der Oberfläche
der Nervenfaserschicht, wobei deren Elektroden in die Bereiche der
Sublamina B und der Sublamina A der inneren plexiformen Schicht
dringen;
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23 in
eine verallgemeinerte schematische Darstellung des adaptiven abbildenden
Retinastimulations-System (AIRES) und zeigt dessen Untersystem-Komponenten:
das optische System zur Projektion und Nachführung (PTOS), den Neuro-Netz-Computer
(NNC) und das Eingabe-Zeichentablett
(ISP). Q-SEMCPs sind in das Auge implantiert gezeigt;
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24 A-D
zeigt eine PTOS-Einrichtung, die als Brillen-Kopfeinrichtung ausgestaltet
ist, und eine schematische Darstellung der Optik;
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25 zeigt
die Komponenten des AIRES-Systems, bestehend aus dem PTOS, dem NNC und
dem ISP.
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26 ist
eine ebene Ansicht (die eine detaillierte Ausschnittsansicht enthält) eines
großen Wafers
mit einem neunten Beispiel eines Implantats ("MMRI-OPSISTER-D").
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27A–E
sind perspektivische Ansichten im Querschnitt entlang der Ebene
der Linie XXVI-XXVI in 26 und zeigt die Herstellungsschritte
des MMRI-OPSISTER-D
der 26.
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28 zeigt
MMRI-OPSISTER-D Einrichtungen, die in einem kleinen Chip mit einer
abgeschrägten
Kante verwendet wird und in den subretinalen Raum implantiert wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1–22 und 26–28 zeigen beispielhafte
Retinaimplantate, welche für
das System der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
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Als
ein Beispiel (1-2) ist jedes
Mikrofotodioden-Implantat (106) als eine abgeflachte kubische
Einrichtung (im Folgenden MMRI) hergestellt, die eine einzelne zweiseitige
Mikrofotodiode enthält.
In diesem Beispiel bildet jedes MMRI (106) die Form eines
abgeflachten Würfels
mit abgerundeten Ecken und Kanten und hat Abmessungen von mikroskopischen
Dimensionen und ist eine physikalisch unabhängige Einheit. MMRIs (106)
können
als eine PiN- oder NiP-Einrichtung wirken, abhängig davon, welche der zwei
lichtempfindlichen Seiten, die P-Seite (107a) oder die
N-Seite (107b) durch sichtbares und/oder infrarotes Licht
(108) stimuliert wird. Von oben nach unten enthalten die
Schichten des MMRI (106) die P-Elektrode (110),
die vorzugsweise aus P-dotiertem Polysilizium hergestellt ist, ein
mehrschichtiges dielektrisches Filter (122), welches nur sichtbarem
Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt zu der nächsten P+-Schicht (112)
durchzugehen, einen Kontakt (114), hergestellt aus einem
oder allen oder Mischungen aus dem Folgenden: Gold, Aluminium, Titan
und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen den Schichten (110)
und (112) herzustellen, eine intrinsische Schicht (126),
die sich auf natürliche
Weise zwischen der P+-Schicht (112) und dem N-Typ Siliziumsubstrat
(128) bildet, einer N+-Schicht (118), einen mehrschichtigen
dielektrischen Filter (124), der nur infrarotem Licht (740
nm bis 900 nm) erlaubt zu der N+-Schicht (118), durchzugehen, ein
Kontakt (120), hergestellt aus einem oder allen oder Mischungen
aus dem Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen
Kontakt zwischen der N+-Schicht
(118) und der letzten Schicht herzustellen, welches die
N-Elektrode (116) ist, welche vorzugsweise aus N-dotiertem
Polysilizium hergestellt ist.
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Obwohl 1-2 zeigen,
dass die P-Elektrode (110) und die N-Elektrode (116)
die gesamte Oberfläche
des MMRI (106) bedecken, kann alternativ die P-Elektrode
(110) einen Bruchteil der lichtempfindlichen Seite P-Seite
(107a) bedecken und die N-Elektrode (116) kann
einen Bruchteil der lichtempfindlichen Seite N-Seite (107b)
bedecken. Diese Bruchteile können
sich im Bereich von 0,1% bis 99,9% befinden. Der Zweck einer teilweisen
Bedeckung der P-Elektrode (110) und der N-Elektrode (116)
ist es, eine Konzentration der durch das MMRI (106) erzeugten
elektrischen Ströme
zu ermöglichen. Wie
in 1-2 auch gezeigt, sind die Breite
und die Tiefe des MMRI (106) von derselben Größe und können zwischen
5 μm und
100 μm variieren,
und die Höhe
ist 25% bis 50% der Breite und Tiefe. Jedoch können die MMRIs (106)
so klein wie 1 μm
und so groß wie
2000 μm
in der Tiefe und der Breite hergestellt werden, und die Breite und
die Tiefe müssen nicht übereinstimmen;
und die Höhe
des MMRI kann zwischen 1% bis 500% der Breite und Tiefe betragen. Vorzugsweise
hat das MMRI N-Typ Siliziumsubstrat (128) einen Ohm'schen Widerstandswert
zwischen 50 und 2000 Ohm-cm2. Jedoch kann
in alternativen Ausführungsformen
das MMRI N-Typ Substrat (128) einen Ohm'schen Widerstandswert zwischen 1 Ohm-cm2 und 100.000 Ohm-cm2 haben.
Die ausgelegte und bevorzugte elektrische Stromabgabe jedes MMRI
(106) ist in der Größenordnung
von 1 bis 5000 nA, abhängig
vom einfallenden Licht (108). Dennoch ist ein Bereich von
0,01 nA bis 200.000 nA ebenfalls geeignet.
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In
einem zweiten Beispiel (MMRI-E) (3-4)
sind die MMRIs nach 1-2 so hergestellt,
dass die Polysiliziumschicht 110 zwischen der mehrschichtigen
dielektrischen, sichtbares Licht filternden Schicht 122 und
der P+-Schicht 112 befindet, und sich die Polysiliziumschicht 116 zwischen
der mehrschichtigen dielektrischen Infrarot filternden Schicht 124 und
der N+-Schicht 124 befindet. Die Aluminium-Kontaktanschlüsse 114 und 120 der 1-2 werden
in dieser Ausführungsform nicht
benötigt.
Dieses Beispiel ergibt MMRI-Es, welche überwiegend retinale Zellen
benachbart zu den MMRI-Es stimulieren und weniger oberhalb der MMRI-Es.
Dieses zweite Beispiel wird bei solchen Patienten verwendet, bei
denen eine Seitenstimulation besseres Sehen induziert als eine obere
Stimulation. Die verbleibenden Schichten der intrinsischen Schicht 126 und
der N- Typ Siliziumsubstratschicht 128,
der P-Seite 107a und der N-Seite 107b sind unverändert.
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5A bis
L zeigt die Herstellungsschritte der bevorzugten MMRIs. Wie in 5A gezeigt, wird ein 3" 1-0-0 N-Typ Siliziumwafer (140)
mit 200 bis 400 Ohm-cm auf 8 μm
verdünnt
und ein Silizium-Tragering (142) mit 0,4" bis 0,5" Breite (hergestellt
durch chemische Ätz-
und Kanal-Sperr-Techniken mit einer 30-40 Grad Abschrägung) wird
dann mit dem Zielwafer (140) verbunden. Wie in 5B gezeigt, wird die P+-Schicht (144)
bis zu einer Tiefe von 0,2 μm
auf einer Seite des Wafers (140) mit Ionen implantiert.
Die andere Seite wird vor der Implantation maskiert. Wie in 5C gezeigt, wird der Wafer (140)
herumgedreht und die N+-Schicht (146) wird bis zu einer
Tiefe von 0,2 μm
auf der zweiten Seite mit Ionen implantiert. Die erste P+-Seite
(144) wird vor der Implantation maskiert.
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Wie
in 5D gezeigt, werden beide, die P+-
(144) und die N+-(146) Schichten thermisch auf eine
Tiefe von 0,5 μm
bis 0,6 μm
gebracht. Wie in 5E gezeigt, werden
mehrfache abwechselnde Schichten von TiO2 und
Quarz durch Bedampfung aufgebracht, um ein Interferenzfilter (148)
zu bilden, das 400 – 740
nm sichtbares Licht durchlässt,
aber 740 – 900
nm infrarotes Licht auf der P+-Seite (144) sperrt. Die
gesamte Dicke dieser dielektrischen Schicht (148) ist etwa
3,5 bis 5 μm.
Wie in 5F gezeigt, wird der Wafer
herumgedreht, um die N+-Seite (146) frei zu geben und mehrfache
abwechselnde Schichten von TiO2 werden aufgedampft,
um ein Interferenzfilter (150) zu erzeugen, welches 740 – 900 nm
infrarotes Licht durchlässt,
aber 400 – 740
nm sichtbares Licht auf der N+-Seite (146) sperrt. Die
gesamte Dicke dieser dielektrischen Schicht (150) ist etwa
2 – 3 μm. In 5G wird Fotolack auf beide Seiten des
Wafers (140) aufgebracht und mit einem Muster aus 8 μm × 8 μm großen Kontaktlöchem (152) ausgestattet,
die die Interferenzfilme (148 und 150) zu der
P+-Schicht (144) und der N+-Schicht (146) durchdringen,
mit einem Lochabstand von 50 μm
in einer quadratischen Gitteranordnung. Wie in 5N gezeigt,
wird 1,0 μm
Aluminium (152) auf beide Seiten des Wafers (140)
aufgebracht. In 5I wird Fotolack aufgebracht
und beide Seiten des Wafers (140) werden so gemustert,
dass 12 μm × 12 μm große Aluminium-Kontaktanschlüsse (154) über allen
8 μm × 8 μm Kontaktlöchem verbleiben,
und dann thermisch in das Aluminium zu treiben. In 5J wird
ein plasmaunterstütztes
chemisches Bedampfungsverfahren bei niedrigem Druck verwendet, um
0,2 μm bis 0,5 μm von P+-Polysilizium
(156) auf dem P+-seitigen Interferenzfilter (148)
des Wafers (140) abzulagern, um elektrischen Kontakt mit
den Aluminium-Kontaktanschlüssen
(154) bei 250° bis
300°C herzu stellen.
Die andere Seite des Wafers ist maskiert. In 5K wird
unterstützt
durch ein Plasma bei niedrigem Druck chemischer Dampf verwendet,
um 0,2 μm
bis 0,5 μm
von N+-Polysilizium (158) auf dem N+-seitigen Interferenzfilter
(150) des Wafers (140) abzulagern, um so elektrischen
Kontakt mit dem Aluminium-Kontaktanschlüssen (154) bei 250° bis 300°C herzustellen.
Die andere Seite des Wafers ist maskiert. In 5L wird
der 3-Inch Wafer mit Hilfe eines Excimerlasers in 50 μm × 50 μm große Quadrate (160)
geschnitten, wobei sich ein Kontaktanschluss in der Mitte von jeder
Seite eines jeden Quadrats befindet. Die letztlich gereinigten,
gewaschenen und so erhaltenen Quadrate sind MMRIs. Die MMRIs können kurz
in einem Glasbehälter
unter Verwendung von Ultraschallenergie rollieren, damit die scharfen Ecken
und Kanten der Einrichtungen etwas abgerundet werden.
-
6-7 zeigen
die geschichtete Mikroarchitektur eines dritten Beispiel der künstlichen Retinaeinrichtung,
die mit (8) bezeichnet ist und auf die der Einfachheit
halber als MMRI-4 Bezug genommen wird, um sie von den anderen Beispielen
zu unterscheiden. Das MMRI-4 (8) bildet die Form eines abgeflachten
Würfels
mit abgerundeten Ecken und Kanten und ist von mikroskopischer Größe. Es umfasst
vier Mikrofotodioden-Untereinheiten
(10a × 2 und 10b × 2). Jede
Mikrofotodioden-Untereinheit (10a oder 10b) oder
die MMRI-4 (8) kann eine PiN- oder NiP-Einrichtung sein,
abhängig
davon, welche der lichtempfindlichen Oberflächen dem Licht (12) zugewandt
ist. Wie z.B. in 7 gezeigt, verhält sich die
vordere linke Mikrofotodiode (10a) wie eine PiN-Untereinheit,
weil die P+-Wanne (14) dem einfallenden Licht (12)
zugewandt ist. Im Gegensatz dazu, verhält sich die vordere rechte
Mikrofotodiode (10b) wie eine NiP-Untereinheit, weil ihre
N+-Wanne (18) dem
einfallenden Licht (12) zugewandt ist. Es ist einzusehen,
dass wenn das MMRI-4 (8) herumgedreht wird, die Mikrofotodioden-Untereinheit
(10a) seine N+-Wanne
(18) dem einfallenden Licht zugewandt haben wird und sich
deshalb als eine NiP-Einrichtung verhalten wird. Ähnlich wird
sich die Mikrofotodioden-Untereinheit (10b), wenn sie herumgedreht
wird, eine P-Wanne (14) dem einfallenden Licht zugewandt
haben und sich wie eine PiN-Einrichtung verhalten.
-
Wie
in 6-7 weiterhin dargestellt, enthält das MMRI-4
(8) in seiner Grundform vier positive (P) Elektroden (13),
die auf den vier P+-Wannen (14)-Oberflächen auf den oberen und unteren Seiten
des MMRI-4 (8) angeordnet sind (zu beachten ist, dass die
untere Struktur der zwei hinteren Mikrofotodioden-Untereinheiten
nicht in 7 gesehen werden kann). Die
P-Elektroden (13) sind vorzugsweise aus P-dotiertem Polysilizium,
durch chemische Dampfablagerung hergestellt und an den inneren Ecken
der P+- Wannen (14)
angeordnet. Zwischen den P-Elektroden (13) und den P+-Wannen
(14) ist eine Schicht aus Gold, Titan oder Chrom (14a),
um Haftung auszuüben
und als eine Lichtsperre zu wirken. Der MMRI-4 (8) enthält auch
vier negative (N) Elektroden (16), die auf den vier Oberflächen der N+-Wannen
(18) angeordnet sind. Die N-Elektroden (16) sind
vorzugsweise aus N-dotiertem Polysilizium, hergestellt durch chemische
Dampfablagerung, die auf den inneren Ecken der N+-Wannen (18)
angeordnet sind. Zwischen den N-Elektroden (16) und den N+-Wannen
(18) befindet sich auch eine Schicht aus Gold, Titan oder
Chrom (14a), die Haftung ausübt und als eine Lichtsperre
wirkt.
-
Alternativ
dazu können
die P-Elektroden (13) und N-Elektroden (16) aus
jedem geeigneten Material aufgebaut sein, das den elektrischen Strom
leitet. Diese leitenden Materialien können enthalten, sind aber nicht
begrenzt auf Gold, Chrom, Aluminium, Iridium und Platin oder irgendeine
Kombination oder Mischung aus diesen Materialien. Die P-Elektroden (13)
und die N-Elektroden (16) können jeden Bruchteil von 0,1%
bis 99,9% ihrer entsprechenden Oberflächen der P+-Wanne (14)-
oder der N+-Wanne (18) abdecken. Filterschichten (20)
werden auf den Bereichen der P+-Wanne (14) angeordnet,
der nicht von den P-Elektroden (13) abgedeckt ist. Diese
Filterschichten (20) werden vorzugsweise aus vielschichtigen
dielektrischen Beschichtungen hergestellt und erlauben es nur sichtbarem
Licht (400 nm bis 740 nm) zu den Oberflächen der P+-Wanne (14)
durchzugehen. Filterschichten (22) werden auf den Oberflächen der
N+-Wanne (18), die nicht von den N-Elektroden (16)
abgedeckt sind, angeordnet. Diese Filterschichten (22)
werden vorzugsweise auch aus mehrschichtigen dielektrischen Beschichtungen
hergestellt und erlauben es nur infrarotem Licht (740 bis 900 nm)
zu den N+-Wannen
(18)-Oberflächen
durchzugehen. Unter jeder P+-Wanne (14) bildet sich auf natürliche Weise
eine intrinsische Schicht (15) zwischen der P+-Wanne (14)
und dem N-Typ-Siliziumsubstrat
(25). Die N+-Wanne-Schichten (18) werden durch
Ionenimplantation von zusätzlichem
N-Typ Phosphor in das N-Typ Siliziumsubstrat (25) erzeugt. Ionenimplantation
von P-Typ Bor um jede MMRI-4 Untereinheit (10a × 2, 10b × 2) herum
erzeugt eine Kanalsperre (24), die die Mikrofotodioden-Untereinheiten
elektrisch voneinander trennt. Außerhalb ist das Kanalsperre-Material
(24) von N-Typ Siliziumsubstrat (25b) umgeben.
-
In
dem Beispiel, das in 6-7 gezeigt ist,
hat die Breite und Tiefe des MMRI-4 (8) die gleiche Größe und ist
zwischen 10 und 50 Mikron, und die Höhe ist 25% bis 50% der Breite
und Tiefe. Diese abgeflachte kubische Anordnung wird es ermöglichen,
dass die eine oder die andere der zwei abgeflachten fotoaktiven
Seiten des MMRI-4 (8) vorzugsweise dem einfallenden Licht
(12) zugewandt sein wird, wenn das MMRI-4 (8)
in den subretinalen Raum implantiert wird. MMRI-4s (8)
können
so klein wie 1 Mikron und so groß wie 1000 Mikron in Tiefe
und Breite hergestellt werden, und die Breite und Tiefe müssen nicht
dasselbe sein; weiterhin kann die Höhe des MMRI-4 von 1 % bis 500%
der Breite und Tiefe betragen. In der Ausbildungsform der 6-7 hat
das MMRI-4 N-Typ Substrat (25 und 25b) einen Ohm'schen Widerstandswert
zwischen 50 und 2000 Ohm-cm2. Jedoch kann das MMRI-4 N-Typ Substrat (25 und 25b)
Ohm'sche Widerstandswerte
zwischen 1 Ohm-cm2 und 100000 Ohm-cm2 haben. Die vorbestimmte und bevorzugte
Ausgabe elektrischen Stroms jeder MMRI-4 Mikrofotodioden-Untereinheit (10a oder 10b)
ist in der Größenordnung
von 1 bis 5000 nA, abhängig
vom einfallenden Licht (12). Dennoch kann auch ein Bereich
von 0,01 nA bis 200000 nA geeignet sein. Das MMRI-4 (8)
kann auch so abgewandelt werden, um eine größere oder kleinere elektrische
Stromausgabe zu erzielen, indem die Fläche jeder P-Elektrode (13)
und/oder der N-Elektrode (16)
relativ zu der Fläche
ihrer entsprechenden P+-Wanne (14) bzw. N+-Wanne (18)
verändert
wird.
-
8-9 stellen
die geschichtete Mikroarchitektur eines vierten Beispiel der künstlichen Retinaeinrichtung
dar, mit (8a) bezeichnet, und es wird darauf der Einfachheit
halber als MMRI-4E Bezug genommen, um es von den anderen Beispielen zu
unterscheiden. Das MMRI-4E (8a) bildet die Form eines abgeflachten
Würfels
mit abgerundeten Ecken und Kanten und hat Abmessungen mikroskopischer Größe. Es umfasst
vier Mikrofotodioden-Untereinheiten
(10a × 2
und 10b × 2).
Jede Mikrofotodioden-Untereinheit (10a oder 10b)
des MMRI-4E (8a) kann eine PiN- oder NiP-Einrichtung sein,
abhängig
davon, welche der lichtempfindlichen Oberflächen dem Licht (12)
zugewandt ist. Zum Beispiel, wie in 9 gezeigt,
verhält
sich die vordere linke Mikrofotodiode (10a) wie eine PiN-Untereinheit, weil
die P+-Wanne (14) dem einfallenden Licht (12)
zugewandt ist. Im Gegensatz dazu, verhält sich die vordere recht Mikrofotodiode
(10b) wie eine NiP-Untereinheit,
weil seine N+-Wanne (18) dem einfallenden Licht (12)
zugewandt ist. Es ist sofort einzusehen, dass, wenn das MMRI-4E
(8a) herumgedreht wird, die Mikrofotodioden-Untereinheit
(10a) seine N+-Wanne (18) dem einfallenden Licht
zugewandt haben wird und sich deshalb als eine NiP-Einrichtung verhalten
wird. Ähnlich
wird die Mikrofotodioden-Untereinheit (10b), wenn sie herumgedreht
wird, eine P+-Wanne (14) dem einfallenden Licht zugewandt
haben und sich wie eine PiN-Einrichtung verhalten.
-
Weiter
ist in 8-9 dargestellt, dass das MMRI-4E
(8a) in seiner Grundform vier transparente positive (P)
Elektroden (13) enthält,
die auf den vier Oberflächen
der P+-Wanne (14) auf den oberen und unteren Oberflächen des
MMRI-4E (8a) angeordnet sind (zu beachten ist, dass die
untere Struktur der zwei hinteren Mikrofotodioden-Untereinheiten
in 9 nicht gesehen werden kann). Die transparenten
P-Elektroden (13) sind vorzugsweise aus P-dotiertem Polysilizium,
hergestellt durch chemische Bedampfung, und sie sind auf dem P+-Wannen
(14) angeordnet. Das MMRI-4E (8a) enthält auch
vier transparente negative (N) Elektroden (16), die auf
den vier Oberflächen
der N+-Wannen (18) angeordnet sind. Die transparenten N-Elektroden
(16) sind vorzugsweise aus N-dotiertem Polysilizium, hergestellt
durch chemische Aufdampfung, und sie sind auf den N+-Wannen (18)
angeordnet.
-
Alternativ
dazu können
die P-Elektroden (13) und die N-Elektroden (16)
aus jedem geeigneten Material bestehen, das in einer dünnen transparenten Schicht
aufgebracht werden kann, und das den elektrischen Strom leiten wird.
Diese leitenden Materialien können
enthalten, sind aber nicht begrenzt auf, Gold, Chrom, Aluminium,
Iridium und Platin oder irgendeine Kombination oder Mischung aus
diesen Materialien. Filterschichten (20) werden auf den P-Elektroden
(13) angeordnet. Diese Filterschichten (20) werden
vorzugsweise aus mehrschichtigen dielektrischen Beschichtungen hergestellt
und erlauben nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740
nm) durch die transparenten P-Elektroden (13) und dann
hin zu den Oberflächen
der P+-Wanne (14). Filterschichten (22) sind auf
den Oberflächen der
N+-Wanne (18) angeordnet. Diese Filterschichten (22)
werden vorzugsweise auch aus mehrschichtigen dielektrischen Beschichtungen
hergestellt und erlauben nur den Durchgang von infrarotem Licht (740
bis 900 nm) durch die transparenten N-Elektroden (16) und
dann hin zu den Oberflächen
der N+-Wanne (18). Unter jeder P+-Wanne (14) bildet sich
auf natürliche
Weise eine intrinsische Schicht (15) zwischen der P+-Wanne
(14) und dem N-Typ Siliziumsubstrat (25). Die
Schichten der N+-Wanne (18) werden erzeugt durch Ionenimplantation
von zusätzlichem
N-Typ Phosphor in das N-Typ Siliziumsubstrat (25). Ionenimplantation
von P-Typ Bor um jede MMRI-4 Untereinheit (10a × 2, 10b × 2) herum, erzeugt
eine Kanalsperre (24), die die Mikrofotodioden-Untereinheiten
elektrisch voneinander trennt. Außerhalb des Materials der Kanalsperre
(24) ist umgebendes N-Typ Siliziumsubstrat (25b).
-
In
dem Beispiel, das in 8-9 gezeigt ist,
sind die Breite und Tiefe des MMRI-4E (8a) von gleicher
Größe und zwischen
10 und 50 Mikron, und die Höhe
ist 25% bis 50% von der Breite und Tiefe. Diese abgeflachte kubische
Anordnung wird es der einen oder der anderen abgeflachten fotoaktiven
Seite des MMRI-4E (8a) ermöglichen, vorzugsweise auf das
einfallende Licht (12) ausgerichtet zu sein, wenn das MMRI-4E
(8a) in den subretinalen Raum implantiert ist. MMRI-4Es
(8a) können
so klein wie 1 Mikron und so große wie 1000 Mikron in der Tiefe
und der Breite hergestellt werden, wobei die Breite und die Tiefe
nicht gleich sein müssen;
weiterhin kann die Höhe
des MMRI-4E von 1% bis 500% der Breite und Tiefe betragen. In der
Ausführungsform
der 8-9 hat das N-Typ-Substrat (25 und 25b) des
MMRI-4E einen Ohm'schen
Widerstandswert zwischen 50 und 2000 Ohm-cm2.
Jedoch kann das N-Typ Substrat (25 und 25b) des
MMRI-4E Ohm'sche
Widerstandswerte zwischen 1 Ohm-cm2 und
100000 Ohm-cm2 haben. Die vorbestimmte und bevorzugte
elektrische Stromabgabe jeder MMRI-4E Untereinheit-Mikrofotodiode (10a oder 10b)
ist in der Größenordnung
von 1 bis 5000 nA, abhängig
von dem einfallenden Licht (12). Dennoch kann ein Bereich
von 0,01 nA bis 200000 nA geeignet sein. Das MMRI-4E (8a)
kann auch verändert
werden, um größere oder
kleinere elektrische Ausgabe zu erzielen, indem die Dicke und deshalb
die Transparenz jeder P-Elektrode (13) und/oder der N-Elektrode
(16) verändert
wird.
-
In 10 und
der Einfügung
in 10 ist die Herstellung der bevorzugten MMRI-4s
(8) dargestellt. Die erste Stufe der Herstellung der MMRI-4s
beginnt mit einem 1-0-0 Siliziumwafer (30) vom N-Typ, mit
einem Durchmesser von drei Inch und einer Dicke von 8 Mikron. Dieser
Wafer (30) wird entlang seinem Umfangs mittels Titanstiften
(32) auf einem Vier-Inch-Wafer (34) gesichert,
der ungefähr
500 Mikron dick ist. Wie in der Einfügung der 10 gezeigt ist,
wird eine Vielzahl von quadratischen Inselgruppen (8) vom
N-Typ, aus denen die MMRI-4s werden, von dem umgebenden N-Typ Substrat
(25b) isoliert, in dem von beiden Seiten P-Typ Bor-Kanalsperren (24)
ionenimplantiert werden. Die Kanalsperren (24) werden mittels
Wärme durch
die gesamte Dicke des Wafers (30) mit drei Inch Durchmesser
getrieben, um vier quadratische Säulen aus N-Typ Siliziumsubstrat (25)
pro quadratischer Insel (8) zu isolieren. Jede quadratische
Säule (25)
ist 11 Mikron auf jeder Seite und von den benachbarten quadratischen
Säulen (25)
desselben MMRI-4 (8) durch 1 Mikron von P-Typ Silizium
Kanalsperre (24) getrennt. Die entstehenden quadratischen
Inseln (8) sind einschließlich der Kanalsperren (24)
21 Mikron pro Seite groß.
Die quadratischen Inseln (8) werden voneinander durch 1
Mikron von N-Typ Siliziumsubstrat (25b) getrennt. Ausrichtungslöcher (36)
werden mittels eines Excimerlasers durch den Drei-Inch-Wafer (30)
gebohrt. Diese Löcher
(36) vereinfachen das Ausrichten von Herstellungsmasken
auf jeder Seite des Drei-Inch-Wafers (30).
-
Die
P+-Wannen (14), die in 7 gezeigt sind,
werden durch Ionenimplantation und thermische Diffusion von P-Typ
Bor in das N-Typ Substrat der quadratischen Säulen (25) erzeugt.
Zwei P+-Wannen (14) werden auf jeder Seite der quadratischen
Insel (8) des MMRI-4 gebildet, die diagonal zueinander
angeordnet sind. Intrinsische Schichten (15) bilden sich
automatisch zwischen den P+-Wannen (14) und dem N-Typ Siliziumsubstrat
der quadratischen Säulen
(25). Die N+-Wannen (18) werden durch Ionenimplantation
und thermische Diffusion von zusätzlichem
N-Typ Phosphor in das N-Typ Siliziumsubstrat der quadratischen Säulen (25)
von der entgegengesetzten Seite der P+-Wannen (14) her, erzeugt.
Nach dem Aufbringen einer Gold-, Chrom- oder Titanschicht (14a),
um die Haftung zu verbessern und um als Lichtblockierung auf den
inneren Ecken anderer P+-Wannen (14) und N+-Wannen (18)
zu wirken, werden dann P-dotierte
Polysiliziumelektroden (13) und die N-dotierten Polysiliziumelektroden
(16), wobei jede 10% der P+-Wanne (14) und N+-Wanne
(18) der entsprechenden Oberflächen bedeckt, auf ihren jeweiligen
P+-Wannen (14) und N+-Wannen (18) aufgebracht.
Der Drei-Inch-Wafer (30), immer noch auf dem Vier-Inch-Tragewafer
(34) gesichert, nach 10 wird
dann in eine Vakuum-Bedampfungskammer übertragen, wo mehrschichtige
dielektrische Beschichtungen (20), die die Bandbreite von
sichtbarem Licht (400 bis 740 nm) durchlassen, werden auf den P+-Wannen
(14) aufgebracht, und mehrschichtige dielektrische Beschichtungen
(22), die eine Bandbreite von infrarotem Licht durchlassen,
werden auf den N+-Wannen (18) aufgebracht. Der Drei-Inch-Wafer
(30) wird dann herumgedreht und erneut auf dem Vier-Inch-Tragewafer
(34) gesichert. Nochmals werden mehrschichtige dielektrische
Beschichtungen (20), die eine Bandbreite von sichtbarem
Licht (400 bis 740 nm) durchlassen, und eine mehrschichtige dielektrische
Beschichtung (22), die eine Bandbreite von infrarotem Licht
(740 bis 900 nm) durchlassen, auf den jeweiligen P+-Wannen (14) und
den N+-Wannen (18) aufgebracht, nachdem die Gold-, Chrom-
oder Titanhaftschicht und die Lichtblockier-Schicht (14a)
aufgebracht wurde.
-
Wie
in 10 gezeigt, wird der fertige Drei-Inch-Wafer (30)
mit den quadratischen Inseln (8) der hergestellten MMRI-4
dann von dem Vier-Inch-Tragewafer (34) entfernt. Der Drei-Inch-Wafer
(30) wird dann mittels eines wasserlöslichen Haftmittels erneut
an den Vier Inch-Wafer (34) gebunden. Unter Verwendung
eines Excimer-Lasers werden in X- und
Y-Richtung Schnitte hergestellt, um die MMRI-4-Inseln (8)
von einander zu trennen. Die MMRI-4-Inseln (8) bleiben
jedoch durch das Haftmittel immer noch an den Tragewafer (34)
gebunden. Die Waferanordnung (30 und 34) wird
dann in eine wässrige
Lösung mit
Lösungsmittel gebracht,
um das Haftmittel aufzulösen.
Die quadratischen MMRI-4- Inseln
(8) werden aus der wässrigen Lösung unter
Verwendung von Standard-Filtertechniken
wiedergewonnen, gewaschen und getrocknet. Die wiedergewonnenen MMRI-4-Inseln
(8) werden kurz in einem Glasbehälter unter Verwendung von Ultraschallenergie
rolliert. Dieser Rollierungsvorgang wird die scharfen Ecken und
Kanten der MMRI-4s (8) leicht abrunden. Die fertigen Einrichtungen,
dargestellt durch die MMRI-4s (8) in 7,
werden dann nochmals gewaschen, eingeholt, sterilisiert und dann in
einem biologisch verträglichen
halbfesten oder flüssigen
Träger
zur Implantation in das Auge untergebracht.
-
11 zeigt
MMRI-4s (8), die an ihrer bevorzugten einschichtigen Lage
in dem subretinalen Raum (82) implantiert sind. Die Schichten
des Auges am hinteren Pol sind von der Innenseite des Auges zu der
Außenseite
des Auges in ihrer entsprechenden Lage gezeigt: die innere Grenzmembran
(50); die Nervenfaserschicht (52); die Ganglienzellschicht (54);
die innere plexiforme Schicht (56); die innere Körnerschicht
(58); die äußere plexiforme
Schicht (60); die äußere Körnerschicht
(62); und die Fotorezeptorschicht (64), wobei
alle zusammen die innere Retinaschicht (66) bilden. Die
MMRI-4s (8) werden zwischen der inneren Retinaschicht (66)
und dem retinalen Pigmentepithel (68) und der Bruch'schen Membran (70),
die zusammen die äußere Retinaschicht
(72) bilden, angeordnet. Außerhalb der äußeren Retinaschicht
(72) befinden sich die Choriokapillaris (74) und
die Choroidea (76), die die choroidalen Gefäße (78)
umfassen, sowie die Sklera (80), welche die äußere Hülle des
Auges bildet.
-
12 zeigt
MMRI-4s (8) am einem anderen Ort auf der Oberfläche der
inneren Grenzmembran (50) der Retina und nahe an der Nervenfaserschicht (52).
An dieser Stelle sind die MMRI-4s (8) in eine flexible,
biologisch verträgliche
Schicht (44) eingebettet, die es ermöglicht, dass beide der abgeflachten
fotoaktiven Oberflächen
jedes MMRI-4s (8)
dem Licht ausgesetzt sind. Die elektrische Stimulation der retinalen
Nervenfaserschicht (52) durch die Oberfläche der
inneren Grenzmembran (50) mittels der MMRI-4s (8)
wird auch künstliches
Sehen induzieren, aber die Qualität der Bilder, die dadurch erzeugt
werden, werden nicht so gut geformt sein, wie die aus der Stimulation
der Retina im subretinalen Raum (82), wie in 11 gezeigt.
Die Schichten des Auges am hinteren Pol sind in 12 von
der Innenseite des Auges zur Außenseite
des Auges in ihrer entsprechenden Position gezeigt und sind: die
innere Grenzmembran (50); die Nervenfaserschicht (52);
die Ganglienzellschicht (54); die innere plexiforme Schicht
(56); die innere Kömerschicht
(58); die äußere plexiforme Schicht
(60); die äußere Kömer schicht
(62); und die Fotorezeptorschicht (64), wobei
alle zusammen die innere Retinaschicht (66) bilden. Das
retinale Pigmentepithel (68) und die Bruch'sche Membran (70) bilden
zusammen die äußere Retinaschicht
(72). Außerhalb
der äußeren Retinaschicht
(72) umfassen die Choriokapillaris (74) und die
Choroidea (76) die choroidalen Gefäße (78), und die Sklera
(80) die äußere Hülle des
Auges.
-
Wie
in 13 bis 16 in
einem weiteren Beispiel der MMRI-Komponenten dargestellt ist, sind die
zwei dielektrischen Filterschichten, die in jedes MMRI eingebettet
sind, derart, dass sie beide sichtbares Licht durchlassen (210, 222),
oder sie werden beide derart sein, dass sie infrarotes Licht durchlassen
(310, 322). Anstelle der Verwendung von Polysilizium
für deren
Elektroden, können
die Elektroden dieser Einrichtungen (202, 204, 302, 304)
aus Gold, hergestellt sein, obwohl Aluminium oder Platin ebenfalls
verwendet werden kann, und wird nach dem industriellen Standardverfahren "Waferbumping" aufgebracht. Dabei
wird jede Elektrode in Form einer herausragenden Struktur ausbilden,
die mit einem Aluminium-Kontaktanschluss (214, 224, 314, 324)
verbunden ist. Jede goldene herausragende Elektrode (202, 204, 302, 304)
wird dann über
seine gesamte Oberfläche,
mit Ausnahme der Spitze, mit einer isolierenden Schicht aus Siliziumdioxid
(208, 226, 308, 326) oder alternativ
Siliziumnitrid überzogen.
Die Höhe
der herausragenden Elektrode wird auf der einen Seite der Einrichtung
höher sein
als auf der anderen Seite, und kann 5 μm bis 200 μm auf der höheren Seite (202, 302)
sein und 1 μm
bis 195 μm
auf der niedrigeren Seite (204, 304). Wenn sie
hergestellt werden, bilden diese individuellen Einrichtungen zwei
Populationen: (1) eine auf sichtbares Licht ansprechende Einrichtung
("MMRI-IPV"), bezeichnet als
(200) mit einer höher
herausragenden Elektrode (HPE) (202) auf der negativen
(N) Seite (205b), und einer niedriger herausragenden Elektrode
(LPE) (204) auf der positiven (P) Seite (205a),
und (2) eine auf infrarotes Licht ansprechende Einrichtung ("MMRI-IPIR"), bezeichnet als
(300) mit einer HPE (302) auf der P-Seite (305b)
und einer LPE (304) auf der N-Seite (305a).
-
Wie
in 17 bis 18 dargestellt,
können die
zwei Einheiten, MMRI-IPV (200) und MMRI-IPIR (300) auch als Kombinationseinheit
(MMRI-IPVIR-A) bestehen, die als (400) bezeichnet ist und
eine MMRI-IPV (200) und eine MMRI-IPIR (300) umfasst.
Die HPE (202) des MMRI-IPV (200) und die HPE (302) des
MMRI-IPIR (300) werden in dieselbe Richtung auf der einen
Seite der MMRI-IPVIR-A zeigen. Die LPE (204) des MMRI-IPV
(200) und die LPE (304) des MMRI-IPIR (300)
werden auch in die gleiche Richtung zeigen, jedoch auf der entgegengesetzten Seite
des MMRI-IPVIR-A (400) und in eine Richtung entgegengesetzt
der Richtung der HPEs (202, 302).
-
Wie
in 21 dargestellt, werden die MMRI-IPVIR-A (400)
im subretinalen Raum (82) des Auges angeordnet, und werden
verwendet, um solche Retinas zu stimulieren, deren Fotorezeptorschicht vollständig degeneriert
ist, wodurch die bipolare Zellschicht (58a) oder die innere
plexiforme Schicht (56) die Schicht ist, die dem subretinalen
Raum (82) benachbart ist. Weil der "Hellkanal" der inneren plexiformen Schicht, bekannt
als Sublamina "B" (56b) weiter von
dem subretinalen Raum (82) entfernt ist als der "Dunkelkanal" der inneren plexiformen
Schicht, bekannt als Sublamina "A" (56a),
werden die HPE-Elektroden (202, 302) selektiven
Kontakt mit den "Hellkanal"-Synapsen in der
Sublamina "B" (56b) aufnehmen
und die LPEs (204, 304) werden selektiv Kontakt
mit den "Dunkelkanal"-Synapsen in der
Sublamina "A" (56A) aufnehmen.
Diese Anordnung wird es ermöglichen,
dass ein Stimulus aus sichtbarem Licht selektiv die Hellkanäle in der
Sublamina "B" depolarisiert und
aktiviert, indem ein negativer elektrischer Strom durch die HPE
(202) erzeugt wird, und ein Stimulus aus infrarotem Licht
selektiv die Hellkanäle
in der Sublamina "B" polarisiert und
hemmt, indem ein positiver elektrischer Strom durch die HPE (302)
erzeugt wird. Diese Anordnung wird es auch ermöglichen, dass ein Stimulus
aus Infrarotlicht die Dunkelkanäle
in Sublamina "A" selektiv depolarisiert
und aktiviert, indem ein negativer elektrischer Strom von der LPE
(304) erzeugt wird, und ein Stimulus sichtbaren Lichts
die Dunkelkanäle
in Sublamina "A" selektiv polarisiert
und hemmt, indem ein positiver elektrischer Strom von der LPE (204)
erzeugt wird.
-
Wie
in 12 und 22 dargestellt,
sind in einem weiteren Beispiel MMRI-4 (8) und MMRI-IPVIR-A-Implantate
mit umgekehrter Polarität,
der Einfachheit halber MMRI-IPVIR-ARs (8c) genannt, in eine
biologisch verträgliche
Schicht (44) eingebettet, die es ermöglicht, dass die Elektradenoberflächen der
Einrichtungen dem Licht ausgesetzt werden.
-
Wie
in 12 gezeigt, wird die Schicht (44) mit
dem eingebetteten MMRI-4 (8) auf der Oberfläche der
inneren Grenzmembran (50) der Retina von der Glaskörperseite
her platziert. Aus dieser Lage werden die MMRI-4s (8),
die Nervenfaserschicht (52) und/oder die Ganglienzellen
(54) der Retina stimulieren.
-
Wie
in 22 gezeigt, werden im Falle der MMRI-IPVIR-ARs
(8c) deren Elektroden die Nervenfaserschicht (52)
und die Ganglienzellschicht (54) durchdringen, bis in die
Sublamina "B", Hellkanal-Schicht
(56b), und die Sublamina "A",
Dunkelkanal-Schicht (56a) der inneren plexiformen Schicht (56),
um diese Schichten selektiv zu simulieren, wodurch eine visuelle
Wahrnehmung induziert wird. Die umgekehrte Polarität der MMRI-IPVIR-ARs (8c)
verglichen mit den MMRI-IPVIR-As (400) der 21 ist notwendig,
um den Stimulationseffekt des Depolarisierens (Aktivierens) des
Helligkeitskanals der Sublamina "B" (56b) durch
sichtbares Licht zu erhalten, während
die Dunkelkanäle
der Sublamina "A" (56a) überpolarisiert
(gehemmt) werden; und einen Stimuluseffekt durch infrarotes Licht
zu erhalten, der die Dunkelkanäle
der Sublamina "A" (56a) depolarisiert (aktiviert),
während
die Hellkanäle
der Sublamina "B" (56b) überpolarisiert
(gehemmt) werden. Es sollte beachtet werden, dass die Polarisation
sich ändert, d.h.
die Überpolarisation
und die Depolarisation haben in dem subretinalen Raum auf die restlichen
Fotorezeptorzellen nicht denselben Effekt wie sie in den Bereichen
der Sublamina B und A der IPL haben. Im subretinalen Raum erzeugt
ein überpolarisierender Reiz
eine Empfindung von Licht in den restlichten Fotorezeptorzellen,
während
ein depolarisierender Reiz eine Empfindung von Dunkelheit in den
restlichen Fotorezeptorzellen erzeugt.
-
13 bis 14 stellen
deshalb ein fünftes Beispiel
eines Retinaimplantats dar, auf das der Einfachheit halber als "MMRI-IPV" Bezug genommen wird,
mit Abmessungen von mikroskopischer Größe, und das als (200)
gekennzeichnet wird. Das MMRI-IPV (200) ist eine physikalisch
unabhängige
Einheit, deren geschichtete Mikroarchitektur in 14 gezeigt
ist. In diesem Beispiel bildet das MMRI-IPV (200) die Form
eines abgeflachten Würfels
mit abgerundeten Kanten und Ecken, mit einer elektrisch negativen
hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (202)
und einer elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode
("LPE") (204).
Ein MMRI-IPV (200) kann als eine PiN- oder NiP-Einrichtung wirken,
wenn sie die innere Retina stimuliert, abhängig davon welche ihrer zwei
lichtempfindlichen Seiten, die P-Seite (205a) oder die
N-Seite (205b), durch sichtbares Licht (206) stimuliert
wird. Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPV (200)
wie folgt: eine negative HPE-Elektrode (202), vorzugsweise
aus Gold, eine isolierende Schicht aus SiO2 (208),
die die N-Seite (205b) mit Ausnahme der Spitze der HPE-Elektrode (202)
bedeckt, einem mehrschichtigen dielektrischen Filter (210),
der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt,
eine N+-Schicht (212), ein Kontaktanschluss (214),
hergestellt aus einem der Folgenden, und/oder einer Mischung der
Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um den elektrischen
Kontakt zwischen der negativen HPE (202) und der N+-Schicht (212)
herzustellen, einer N-Typ-Siliziumsubstratschicht
(216), einer intrinsischen Schicht (218), die sich
auf natürliche
Weise zwischen der N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216)
und der nächsten P+-Schicht
(220) bildet, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter
(222), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400
bis 740 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (224), hergestellt
aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold,
Alumini um, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der
P+-Schicht (220) und der elektrisch positiven niedrig herausragenden
Elektrode (LPE) (204) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus
SiO2 (226) bedeckt die P-Seite
(205a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (204).
-
15 bis 16 stellen
ein sechstes Beispiel eines Retinaimplantats dar, auf das der Einfachheit
halber als "MMRI-IPIR" Bezug genommen wird, dessen
Abmessungen von mikroskopischer Größe sind und als (300)
bezeichnet wird. Wie gezeigt, ist ein MMRI-IPIR (300) eine
physikalisch unabhängige Einheit,
dessen geschichtete Mikroarchitektur in 16 gezeigt
ist. In diesem Beispiel bildet das MMRI-IPIR (300) die
Form eines abgeflachten Würfels mit
abgerundeten Ecken und Kanten, mit einer elektrisch positiven hoch
herausragenden Elektrode ("HPE") (302)
und einer elektrisch negativen niedrig herausragenden Elektrode
("LPE") (304).
Die Abmessung des MMRI-IPIR (300) ist von mikroskopischer
Größe. Ein
MMRI-IPIR (300) kann als eine PiN- oder NiP-Einrichtung
wirken, wenn sie die innere Retina stimuliert, abhängig davon
welche der beiden lichtempfindlichen Seiten, die N-Seite (305a)
oder die P-Seite (305b) durch infrarotes Licht (306)
stimuliert wird. Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPIR
(300) wie folgt: eine positive HPE-Elektrode (302),
vorzugsweise aus Gold hergestellt, eine isolierende Schicht aus
SiO2 (308), welche die P-Seite
(305b) mit Ausnahme der Spitze der positiven HPE-Elektrode
(302) bedeckt, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter
(310), der nur das Durchgehen von infrarotem Licht (740
nm bis 900 nm) erlaubt, eine P+-Schicht
(312), ein Kontaktanschluss (314), hergestellt
aus einem der Folgenden, und/oder einer Mischung aus den Folgenden:
Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der
positiven HPE (302) und der P+-Schicht (312) herzustellen,
eine intrinsische Schicht (318), die sich auf natürliche Weise
zwischen der P+-Schicht
(312) und der nächsten
N-Typ-Siliziumsubstratschicht (316) bildet, eine N+-Schicht (320),
ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (322), der nur
den Durchgang von infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt,
ein Kontaktanschluss (324), hergestellt aus einem der Folgenden
und/oder irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan
und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der N+-Schicht (320)
und der elektrisch negativen niedrig herausragende Elektrode (LPE)
(304) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO2 (326) bedeckt die N-Seite (305a) mit
Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (304).
-
17 bis 18 stellen
ein siebtes Beispiel eines Retinaimplantats dar, auf das der Einfachheit
halber als "MMRI-IPVIR
A" Bezug genommen wird,
dessen Abmessungen von mikroskopischer Größe sind und als (400)
bezeichnet wird. Es setzt sich zusammen aus einem MMRI-IPV (200)
und einem MMRI-IPIR (300), getrennt durch eine Schicht von "Kanalblockiermittel" (350).
Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPV-Komponente (200) ist auf der
linken Seite gezeigt und wird zuerst beschrieben. Die MMRI-IPV-Komponente
(200) bildet die Form einer Hälfte eines abgeflachten Würfels mit
abgerundeten Kanten und Ecken, mit einer elektrisch negativen hoch
herausragenden Elektrode ("HPE") (202)
und einer elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode
("LPE") (204).
Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPV (200)
wie folgt: eine negative HPE-Elektrode (202), vorzugsweise aus
Gold, eine isolierende Schicht aus SiO2 (208),
die die N-Seite (205b) mit Ausnahme der Spitze der HPE-Elektrode (202)
bedeckt, einem mehrschichtigen dielektrischen Filter (210),
der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt,
einer N+-Schicht (212), ein Kontaktanschluss (214),
hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung
der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um den elektrischen
Kontakt zwischen der negativen HPE (202) und der N+-Schicht
(212) herzustellen, einer N-Typ-Siliziumsubstratschicht
(216), einer intrinsischen Schicht (218), die
sich auf natürliche
Weise zwischen der N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216)
und der nächsten
P+-Schicht (220)
bildet, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (222),
der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt,
ein Kontaktanschluss (224), hergestellt aus einem der Folgenden
und/oder aus irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium,
Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der P+-Schicht
(220) und der elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode
(LPE) (204) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus
SiO2 (226) bedeckt die P-Seite
(205a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (204).
Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPIR-Komponente (300) des MMRI-IPVIR-A
(400) ist auf der rechten Seite gezeigt und wird nun beschrieben.
Die MMRI-IPIR-Komponente (300) bildete die Form einer Hälfte eines
abgeflachten Würfels
mit abgerundeten Ecken und Kanten, mit einer elektrisch positiven
hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (302)
und einer elektrisch negativen niedrig herausragenden Elektrode
("LPE") (304).
Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPIR (300)
wie folgt: eine positive HPE-Elektrode (302), vorzugsweise
aus Gold hergestellt, eine isolierende Schicht aus SiO2 (308),
welche die P-Seite (305b) mit Ausnahme der Spitze der positiven
NPE-Elektrode (302) bedeckt, ein mehrschichtiger dielektrischer
Filter (310), der nur das Durchgehen von infrarotem Licht
(740 nm bis 900 nm) erlaubt, eine P+-Schicht (312), ein
Kontaktanschluss (314), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder
aus irgendeiner Mischung aus den Folgenden: Gold, Aluminium, Titan
und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der positiven HPE (302)
und der P+-Schicht (312) herzustellen, einer intrinsischen Schicht
(318), die sich auf natürliche
Weise zwischen der P+-Schicht (312) und der nächsten N-Typ-Siliziumsubstratschicht
(316) bildet, einer N+-Schicht (320), ein mehrschichtiges
dielektrisches Filter (322), das nur den Durchgang von
infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss
(324), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus
irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom,
um elektrischen Kontakt zwischen der N+-Schicht (320) und
der elektrisch negativen niedrig hervorstehenden Elektrode (LPE)
(304) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO2 (326) bedeckt die N-Seite (305a)
mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (304).
-
19 bis 20 stellen
ein achtes Beispiel eines Retinaimplantats dar, auf das der Einfachheit halber
als "MMRI-IPVIR-B" Bezug genommen wird, dessen
Abmessungen von mikroskopischer Größe sind und mit 500 bezeichnet
wird. Es besteht aus einem MMRI-IPV
(200) und einem MMRI-IPIR (300), die durch eine
Schicht aus "Kanalblockiermittel" (350) getrennt
werden. Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPV-Komponente
(200) ist auf der linken Seite gezeigt und wird zuerst
beschrieben. Die MMRI-IPV-Komponente
(200) bildet die Form einer Hälfte eines abgeflachten Würfels mit
abgerundeten äußeren Kanten
und Ecken, mit einer elektrisch negativen hoch herausragenden Elektrode
("HPE") (202)
und einer elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode
("LPE") (204).
Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPV (200)
wie folgt: eine negative HPE-Elektrode (202), vorzugsweise aus
Gold, eine isolierende Schicht aus SiO2 (208),
die die N-Seite (205b) mit Ausnahme der Spitze der HPE-Elektrode
(202) bedeckt, einem mehrschichtigen dielektrischen Filter
(210), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400
nm bis 740 nm) erlaubt, einer N+-Schicht (212), ein Kontaktanschluss (214),
hergestellt aus einem der Folgenden, und/oder einer beliebigen Mischung
der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um den elektrischen
Kontakt zwischen der negativen HPE (202) und der N+-Schicht
(212) herzustellen, einer N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216),
einer intrinsischen Schicht (218), die sich auf natürliche Weise
zwischen der N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216) und der
nächsten
P+-Schicht (220)
bildet, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (222),
der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 bis 740
nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (224), hergestellt aus
einem der Folgenden und/oder einer Mischung der Folgenden: Gold,
Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der
P+-Schicht (220) und der elektrisch positiven niedrig herausragenden
Elektrode (LPE) (204) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus
SiO2 (226) bedeckt die P-Seite
(205a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (204).
Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPIR-Komponente (300)
des MMRI-IPVIR-B (500) ist auf der rechten Seite gezeigt
und wird nun beschrieben. Die MMRI-IPIR-Komponente (300)
bildet die Form einer Hälfte
eines abgeflachten Würfels
mit abgerundeten Ecken und Kanten, mit einer elektrisch positiven
hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (302)
und einer elektrisch negativen niedrig herausragenden Elektrode
("LPE") (304).
Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPIR (300)
wie folgt: eine positive HPE-Elektrode (302), vorzugsweise
aus Gold hergestellt, eine isolierende Schicht aus SiO2 (308),
welche die P-Seite (305b) mit Ausnahme der Spitze der positiven
HPE-Elektrode (302) bedeckt, ein mehrschichtiger dielektrischer
Filter (310), der nur das Durchgehen von infrarotem Licht
(740 nm bis 900 nm) erlaubt, eine P+-Schicht (312), ein
Kontaktanschluss (314), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder
aus irgendeiner Mischung aus den Folgenden: Gold, Aluminium, Titan
und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der positiven HPE (302)
und der P+-Schicht (312) herzustellen, einer intrinsischen Schicht
(318), die sich auf natürliche
Weise zwischen der P+-Schicht (312) und der nächsten N-Typ-Siliziumsubstratschicht
(316) bildet, einer N+-Schicht (320), ein mehrschichtiges
dielektrisches Filter (322), das nur den Durchgang von
infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss
(324), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus
irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom,
um elektrischen Kontakt zwischen der N+-Schicht (320) und der elektrisch
negativen niedrig hervorstehenden Elektrode (LPE) (304) herzustellen.
Eine isolierende Schicht aus SiO2 (326) bedeckt
die N-Seite (305a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode
(304).
-
21 zeigt
MMRI-IPVIR-As (400) implantiert in deren bevorzugter einlagigen
Anordnung in dem subretinalen Raum (82). Die depolarisierenden hoch
herausragenden Elektroden (HPEs) (202) aus dem Bereich
der Mikrofotodioden, der für
sichtbares Licht empfindlich ist, stimuliert die Hellkanäle in der Sublamina
B (56b) der inneren plexiformen Schicht (IPL) (56).
Die überpolarisierenden
HPEs (302) aus dem Bereich der Mikrofotodioden, die für infrarotes Licht
empfindlich sind (zur Dunkelheits-Detektion), hemmen die Hellkanäle in der
Sublamina B (56b) der IPL (56). Die depolarisierenden
niedrig herausragenden Elektroden (LPEs) (304) aus dem
Bereich der Mikrofotodioden, der für infrarotes Licht empfindlich ist
(zur Dunkelheits-Detektion), stimuliert die Dunkelkanäle in der
Sublamina A (56a) der IPL (56). Die überpolarisierenden
LPEs (204) aus dem Be reich der Mikrofotodiode, der für sichtbares
Lichts empfindlich ist, hemmt die Dunkelkanäle in der Sublamina A (56a)
der IPL (56). Die Schichten des Auges in dieser schematischen
Darstellung einer teilweise degenerierten Retina sind am hinteren
Pol von der Innenseite des Auges hin zu der Außenseite des Auges: die innere
Grenzmembran (50); Nervenfaserschicht (52); Ganglienzellschicht
(54); innere plexiforme Schicht (56), bestehend
aus Sublamina B (56b) und Sublamina A (56a); und
der teilweise degenerierten inneren Körnerschicht (58a).
Die MMRI-IPVIR-A (400) werden zwischen der teilweise degenerierten
inneren Retinaschicht (66a) und dem retinalen Pigmentepithel
(68) und der Bruch'schen
Membran (70), welche zusammen die äußere Retinaschicht (72)
bilden, angeordnet. Außerhalb
der äußeren Retinaschicht
(72) sind die Choriokapillaris (74), die Choroidea
(76) und die Sklera (80). Alternativ dazu können anstelle
der MMRI-IPVIR-As
(400) die Komponenten MMRI-IPVs und MMRI-IPIRs der 13 bis 16 oder
die MMRI-IPVIR-Bs der 19 bis 20 in
den subretinalen Raum (82) implantiert werden. 22 zeigt
MMRI-IPVIR-ARs (8c), angeordnet auf der Oberfläche der
inneren Grenzmembran (50) der Retina. In diesem Beispiel
sind die MMRI-IPVIR-ARs (8c) in eine flexible, biologisch
verträgliche
Schicht (44) eingebettet, was es ermöglicht, dass beide der fotoaktiven Oberflächen und
deren herausragenden Elektroden jedes MMRI-IPVIR-ARs (8c)
dem Licht ausgesetzt sind. Die depolarisierenden hoch herausragenden Elektroden
(HPEs) (302a) auf der gegenüberliegenden Seite der Infrarot-empfindlichen
Mikrofotodioden (zur Dunkeldetektion) dringen in die Dunkelkanäle in der
Sublamia A (56a) der inneren plexiformen Schicht (IPL)
(56), um die Empfindung von Dunkelheit zu stimulieren.
Die überpolarisierenden
HPEs (202a) auf der entgegengesetzten Seite des für sichtbares
Licht empfindlichen Bereichs der Mikrofotodioden dringen in die
Sublamina A (56a) der IPL (56) ein, um die Dunkelkanäle zu hemmen.
Die depolarisierenden niedrig herausragenden Elektroden (LPEs) (204a)
auf der entgegengesetzten Seite des für sichtbares empfindlichen
Bereichs der Mikrofotodioden dringen in die Sublamina B (56b)
der IPL (56) ein, um die Helligkeitskanäle zu stimulieren. Die überpolarisierenden
LPEs (304a) auf der entgegengesetzten Seite des für infrarotes
Licht empfindlichen Bereichs der Mikrofotodiode (um Dunkelheit zu
empfinden) dringt in die Sublamina B (56b) der IPL (56) ein,
um den Helligkeitskanal zu hemmen. Die Schichten des Auges am hinteren
Pol sind von der Innenseite des Auges zur Außenseite des Auges in dieser schematischen
Darstellung einer teilweise degenerierten Retina: innere Grenzmembran
(50); Nervenfaserschicht (52); Ganglienzellschicht
(54); innere plexiforme Schicht (56), bestehend
aus Sublamina B (56b) und Sublamina A (56a); die
teilweise degenerierte inne re Körnerschicht
(58a); die alle zusammen die teilweise degenerierte innere
Retinaschicht (66a) bilden. Das retinale Pigmentepithel
(68) und die Bruch'sche
Membran (70) bilden zusammen die äußere Retinaschicht (72).
Außerhalb
der äußeren Retinaschicht
(72) sind die Choriokapillaris (74), die Choroidea
(76) und die Sklera (80). In einer Unter-Ausführungsform
können
die MMRI-IPVIR-Ars (8c) hergestellt sein als MMRI-IPVs-Komponenten mit entgegengesetzter
Polarität
und MMRI-IPIRs-Komponenten mit entgegengesetzter Polarität, die in
eine flexible biologisch verträgliche Schicht
(44) eingebettet sind, was ermöglicht, dass beide fotoaktive
Oberflächen
und ihre herausragenden Elektroden jedes MMRI-IPV mit entgegengesetzter
Polarität
und jede MMRI-IPIR mit entgegengesetzter Polarität dem Licht ausgesetzt sind.
-
23–25 zeigen
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung.
-
23 ist
eine schematische Darstellung des adaptiven abbildenden Retina-Stimulations-Systems
(AIRES) und zeigt dessen Teilsystemkomponenten: die Kopfeinrichtung
(94) des Projektions- und optische Nachführsystems
(PTOS), der Neuro-Netz-Computer (NNC) (96), die abbildende CCD-Kamera
(IMCCD) (100) und das Eingabetablett (ISP) (102).
Eine CCD zur Verfolgung der Pupillenreflexe (PRTCCD) (98),
und eine Infrarot/Sichtbar CRT-Anzeige (IRVCRT) (92) befindet
sich innerhalb des PTOS (94). MMRI-4s (8) sind
in dem subretinalen Raum des Auges (90) gezeigt. Während des
Betriebes werden Bilder mit infrarotem und sichtbarem Licht von
der IRVCRT (92) in dem PTOS (94) optisch auf das
Auge (90) projiziert. Die Intensität, die Wellenlänge, Dauer
und das Pulsieren der Bilder wird von dem NNC (96) gesteuert
und durch die Patienteneingabe über
die ISP-Schnittstelle (102) moduliert. Die IMCCD (100),
die auf oder in der PTOS-Kopfeinrichtung
(94) befestigt ist, stellt die Eingangsbilder für den NNC
(96) zur Verfügung,
welcher wiederum die Ausgabe der sichtbaren und infraroten Bilder
der IRVCRT (92) programmiert. Eine PRTCCD (98)
ist in die PTOS-Kopfeinrichtung (94) integriert, um die
Augenbewegung über Änderungen
in der Position der Pupillenreflexe zu verfolgen. Die PRTCCD (98)
wird seine Ausgabe an den NNC (96) schicken, der wiederum
das Ziel der IMCCD (100) über eine Servomotorsteuerung
ausrichtet, um der Augenbewegung zu folgen. Das PTOS (94)
kann auch so programmiert sein, so dass gerade soviel diffuse infrarote
Beleuchtung zur Verfügung
gestellt wird, um mit den Bildern (104) des vorhandenen
sichtbaren Lichts auf den MMRI-4s (8) wechselzuwirken.
-
Der
detaillierte Betrieb des AIRES-Systems ist wie folgt. Ein Patient
mit einer großen
Anzahl von implantierten MMRI-4s (8) wird ein pixelartiges
Bild sehen, und zwar aufgrund der lokalisierten subretinalen Überpolarisation,
die durch die PiN-Konfiguration der MMRI-4-Untereinheiten (10a)
erzeugt wird. Diese elektrisch induzierten Bilder werden von dem
Licht der eingehenden Umgebungsbilder (104) verursacht, die
durch einen externen teilweise reflektierenden und durchlässigen Spiegel
(106) des PTOS (94) durchgehen. Bilder von dunklen
Details werden durch depolarisierende Ströme induziert, die durch die
NiP-Konfiguration der MMRI-4-Untereinheiten (10b) erzeugt
werden, die durch infrarote Beleuchtung und/oder Bilder, die von
der IRVCRT (92) zur Verfügung gestellt werden, stimuliert
wird. Die IRVCRT (92) wird von dem NNC (96) programmiert,
um diffuse infrarote Beleuchtung und/oder infrarote Bilder zur Verfügung zu
stellen, um sie mit sichtbaren Bildern (104) aus einfallendem
Licht zu überlagern. Die
Bildinformation für
den NNC (96) wird von der angeschlossenen IMCCD (100)
erhalten. Diffuse infrarote Beleuchtung von der IRVCRT (92)
wird einen konstanten depolarisierenden "Ruhe-Strom" von den MMRI-4-NiP-Untereinheiten
(10b) induzieren. Dieser "Ruhe-Strom" wird bei Abwesenheit von Lichtstimulation
der PiN-Untereinheiten (10a) die Empfindung von Dunkelheit
erzeugen. Wenn jedoch Licht vorhanden ist, um die PiN-Untereinheiten
(1a) zu stimulieren, wird der entstehende überpolarisierende
Strom den Infrarot-induzierten NiP depolarisierenden Ruhestrom versetzen.
Das Ergebnis ist eine Wahrnehmung einer Empfindung von Licht durch
den Patienten. Aufgrund der begrenzten Bandbreite der Empfindlichkeit
der Infrarot-NiP-Konfiguration (10b) (740 nm bis 900 nm)
ist das infrarote "Rauschen" der Umwelt minimal.
Der Betrag des NiP depolarisierenden Ruhestroms wird anfänglich durch
den Patienten über
das ISP (102) eingestellt, und diese Information wird in
den NNC (96) eingegeben. Sie wird dann mit bildverarbeiteten
Information, die von dem angeschlossenen IMCCD (100) kommt,
korreliert. Der geeignete Betrag des NiP "Ruhestroms" hängt
von den Lichtbedingungen der Umgebung und der Bilder ab, was von
dem NNC (96) "gelernt" wird. Mit zusätzlichem
Lernen wird der NNC (96) dazu fähig sein, den Betrag des NiP "Ruhestroms" vorherzusehen, der benötigt wird,
um genauere von dem Patienten empfangene Bilder zu erzeugen, ohne
die Notwendigkeit einer Patienteneingabe.
-
Das
gesamte Bild sichtbaren Lichts kann durch den IRVCRT (92)
simultan oder in raschem Wechsel mit Infrarotbildpulsen projiziert
werden, um die Funktion de MMRI-4(B) vollständig zu steuern. In dieser
Situation ist der teilweise reflektierende/durchlässige Spiegel
(106) des PTOS (94) durch einen vollständig reflektierenden
Spiegel ersetzt, um zu verhindern, dass Umgebungslichtbilder (104)
die MMRI-4s (8) stimulieren. Durch Programmierung der Pulsdauer
und Frequenz der infraroten und sichtbares Licht Bilder, kann möglicherweise
Farbsehen induziert werden, ähnlich
zu dem Effekt eines Benham- Kreisels.
Dieses Phänomen
wurde auch dazu verwendet, mit Schwarz) Weiß-Fernsehanzeigen die Wahrnehmung
von Farbbildern bei normalsichtigen Personen zu erzeugen.
-
24A bis D zeigt eine brillenartige Anordnung
(94) der PTOS-Komponente des AIRES-Systems. Wie in 24D zu sehen ist, sind die Bedeutung und
die Funktionsweise beider Versionen dieser Einrichtungen dieselben,
obwohl das Schema des optischen System etwas von dem allgemeinen
Schema der PTOS-Komponente (94), die in 23 dargestellt
ist, abweicht. 24A ist eine Draufsicht
auf das PTOS (94). Sie zeigt das Kopfpolster (108),
die Bügel
(110) und die Intensitätssensoren
(112) für
das Umgebungslicht. 24B ist eine Vorderansicht
des PTOS (94). Sie zeigt den externen teilweise reflektierenden/durchlässigen Spiegel
(106), eine tragende Nasenauflage (114), Intensitätssensoren
(112) für das
Umgebungslicht und das Fenster für
die IMCCD (100), die in 23 schematisch
gezeigt ist. 24C ist eine durchsichtige
Seitenansicht des PTOS (94). Sie zeigt eine interne LED-Lichtquelle (92),
die für
infrarotes und sichtbares Licht geeignet ist, und die anstelle des
IRVCRT (92) nach 23 eingesetzt
wurde. Ebenfalls gezeigt ist der teilweise reflektierende/durchlässige Spiegel
(106), die tragende Nasenauflage (114), das Kopfpolster
(108), einer der Bügel
(110) und das Energiezufuhr- und Signaldrahtkabel (116)
zu dem NNC (96) nach 23. 24D ist ein Schema des PTOS (94).
Es zeigt die MMRI-4s (8), die in dem subretinalen Raum
des Auges (90) angeordnet sind, mit einem abgebildeten Umgebungsbild
(104). Ebenso gezeigt ist die interne LED-Lichtquelle (92),
die für
infrarotes und sichtbares Licht geeignet ist, und der externe teilweise
reflektierende/durchlässige
Spiegel (106).
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25 ist
eine Darstellung, die die Komponenten des AIRES-Systems zeigt, das
aus dem PTOS (94), dem tragbaren NNC (96), der
an den Körper
des Patienten gesichert werden kann, und der ISP (102)-Eingabeeinrichtung
besteht.
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26 ist
eine ebene Ansicht (mit einer eingesetzten Explosions-Detailansicht)
eines großen Wafers,
der ein neuntes Beispiel eines Implantats enthält. Dieses neunte Beispiel
basiert auf einer Mikrofotodiode (401a) (im Folgenden als "MMRI-OPSISTER-D" bezeichnet). Jede
MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodiode (401a) hat zwei Mikrofotodioden-Untereinheiten (402)
und (404), wie in der eingesetzten Explosionsansicht in 26 gezeigt
ist.
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Wie
weiter unten diskutiert wird, kann der große Wafer (405) in
kleine waferartige Implantate (z.B. Wafer mit etwa 0,25 bis 15 mm
(also Tausende bis Zehntausende) der MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodioden-Einheiten
(401a). Alternativ dazu können große Wafer (405) in
noch kleinere diskrete Implantate geschnitten werden (z.B. Implantate
zwischen 1 Mikron und 0,25 mm, enthaltend ein bis 10000 MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodioden-Einheiten)
(401a). Ob ein waferartiges Implantat oder diskrete Implantate
hergestellt werden, viele der Herstellungsschritte und die Grundstruktur
der MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodiode
(401a) sind dieselben.
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27A bis E illustrieren in perspektivischen Querschnittsansichten,
die entlang des Schnitts XXVII-XXVII des MMRI-OPSISTER-D (401a)
nach 26 genommen wurden, die Herstellungsschritte und
den Aufbau der MMRI-OPSISTER-D (401a). In dem anfänglichen
Herstellungsschritt (27A) werden die Mikrofotodioden-Untereinheiten
(402) und (404) des MMRI-OPSISTER (401)
unter Verwendung von Fotomaskierung, Ionenimplantation und Wärmetechniken
gebildet, was auf beiden Seiten des anfänglichen verdünnten gesamten
N-Wafer (405 nach 26) angewendet
wird. Von oben nach unten in 27A hat
die Mikrofotodioden-Untereinheit (402) eine P+-Schicht
(406), eine intrinsische Schicht (408), eine N-Hauptschicht
(409) und eine N+-Schicht 410. Die Mikrofotodioden-Untereinheit
(404) hat eine N+-Schicht (410a), eine N-Hauptschicht
(409a), eine intrinsische Schicht (408a) und eine
P+-Schicht (406a). Die zwei Mikrofotodioden-Untereinheiten
(402 und 404) werden elektrisch voneinander getrennt
und von anderen MMRI-OPSISTERs auf demselben Substrat getrennt, durch
P+-"Kanalblockiermittel" (412),
welches die Untereinheiten (402 und 404) umgibt.
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27B zeigt Kontaktanschlüsse aus Aluminium (418a-d),
die auf den P+- und N+-Oberflächen (406, 406a, 410 und 410a)
aufgebracht werden und durch Hitze hineingetrieben werden. Die Kontaktanschlüsse (418a-d)
werden zwischen den P+- und N+-Oberflächen (406, 406a, 410 und 410a)
auf jeder Seite des MMRI-OPSISTER (401) durch einen Isolatorstreifen
(414a und 414b) aus Siliziumdioxid überbrückt.
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27C zeigt das Aufbringen von Aluminiumleitern
(415 und 415a) über die Isolatorstreifen (414a und 414b)
aus Siliziumdioxid, so dass der Leiter (415) die Aluminiumkontaktanschlüsse (418a und 418b)
kontaktiert und der Leiter (415a) die Aluminiumkontaktanschlüsse (418c und 418d)
kontaktiert.
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27D zeigt das Aufbringen von das Infrarote durchlassenden
dielektrischen Filtern (422 und 422a) auf die
P+-Oberflächen
(406 und 406a), und der sichtbares Licht durchlassenden
dielektrischen Filter (424 und 424a) auf die N+-Oberflächen (410 und 410a).
Eine Schicht aus Barrierenaluminium (417), das während der
Herstellung der dielektrischen Filter (422 und 424)
benötigt
wird, wird auch auf dem Leiter (415) aufgebracht. Gleichermaßen wird
eine andere Schicht von Barrierenaluminium (417a), die
während der
Herstellung der dielektrischen Filter (424a und 422a)
benötigt
wird, auf den Leiter (415a) aufgebracht.
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27E zeigt das Aufbringen der letzten Brückenelektrode
(420) auf das Barrierenaluminium (417) und das
Aufbringen der letzten Brückenelektrode
(420a) auf das Barrierenaluminium (417a). Die letzten
Brückenelektroden
(420 und 420a) sind hergestellt aus irgendeinem
biologisch verträglichen Elektrodenmaterial
oder Kombinationen aus biologisch verträglichen Elektrodenmaterialien,
wie etwa Iridium, Platin, Gold, Aluminium, Ruthenium, Rhodium, Palladium,
Tantal, Titan, Chrom, Molybdän,
Kobalt, Nickel, Eisen, Kupfer, Silber, Zirkon, Wolfram, Polysilizium
oder Verbindungen, wie z.B. Oxide, aus denselbigen. Iridiumoxid
ist das bevorzugte Material für
die Elektroden (420 und 420a). Die MMRI-OPSISTER-Einrichtung
(401) der 27A bis C mit dielektrischen
Lichtfiltern wird eine MMRI-OPSISTER-D-Einrichtung (401a)
in 27D, E genannt.
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Wie
in 27E gezeigt, erlauben es die dielektrischen Lichtfilterschichten
(422, 422a, und 424, 424a) nur
bestimmten aber unterschiedlichen Lichtbandbreiten durchzugehen.
In dem Beispiel, das in 27E dargestellt
ist, erlauben es die dielektrischen Filterschichten (422 und 422a),
die über
den P+-Schichten (406 und 406a) liegen, nur infrarotem Licht
durchzugehen, während
die dielektrischen Schichten (424 und 424a), die
die N+-Schichten (410 und 410a) überdecken,
es nur sichtbarem Licht erlauben durchzugehen. In anderen Beispielen
können die
zwei Arten der Schichten vertauscht sein, wobei die sichtbaren Lichtfilter
auf den P+-Schichten aufgebracht werden, und die Infrarotlichtfilter
auf den N+-Schichten aufgebracht werden. In noch weiteren Beispielen,
können
die Filter (422, 422a) und die Filter (424 und 424a)
es unterschiedlichen Bereichen von sichtbarem oder infrarotem Licht
erlauben durchzugehen (z.B. Filter 422 und 422a erlauben
nur grünem
Licht durchzugehen und Filter 424, 424a erlauben
nur rotem Licht durchzugehen).
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Die
MMRI-OPSISTER-D-Einrichtung (401a) wirkt so, dass sie aus
dem subretinalen Raum (82) Sehen stimuliert (siehe 11).
Wie weiter oben diskutiert, können
die Implantate (401a) in diskrete physikalisch separate
Einrichtungen gewürfelt
werden, wie in 27E gezeigt. In diesem Zusammenhang werden
MMRI-OPSISTER-D-Einrichtungen (401a) in den subretinalen
Raum (bezeichnet als 82 in 11) eingebracht,
indem ein flüssiger
Träger
injiziert wird oder sie in eine auflösbare Schicht eingebettet werden
(beides vorher beschrieben).
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Wie
oben diskutiert, können
große
Wafer (405) nach 26 in
kleinere waferartige Implantate (405a) geschnitten werden
(siehe 28) mit einer Breite (oder einem
Durch messer) im Bereich von 0,25 mm bis 15 mm, vorzugsweise von
0,25 mm bis 2 mm. Vorzugsweise sind die Kanten des Implantats (405a)
abgerundet oder abgeschrägt,
wie in 28 gezeigt, um die Möglichkeit
zu verringern, dass die Nerventransmission der darüberliegenden
Nervenfaserschicht durch einen scharfen Knick in dieser Schicht
nahe der Kante des Implantats verringert wird.
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Ein
oder mehr der waferartigen Implantate (405a) können dann
in den subretinalen Raum (82) zwischen der inneren Retina
(66) und der äußeren Retina
(78) implantiert werden.
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Um
die Wirkungsweise jeder MMRI-OPSISTER-D-Einheit (401a)
(z.B. die in 27 gezeigte) zu verstehen,
sollte man die Funktion einer normalen, ungeschädigten Fotorezeptorzelle in
einem Auge betrachten, und wie helle und dunkle Bilder wahrgenommen
werden. In der normalen Retina bewirkt das Licht, dass die Fotorezeptorzellen
intern negativer geladen werden, während das Fehlen von Licht
oder ein dunkles Bild bewirkt, dass die Fotorezeptorzellen intern
weniger negativ geladen werden. Die größere interne Negativität verursacht,
dass von den Fotorezeptorzellen ein Signal zu einer Art von assoziierten
bipolaren Zellen übermittelt
wird, dass Licht wahrgenommen wurde. Die geringere interne Negativität verursacht,
dass ein Signal durch die Fotorezeptorzellen zu einer anderen Art
von assoziierten bipolaren Zellen übermittelt wird, die signalisieren,
dass Dunkelheit (oder ein dunkles Bild) wahrgenommen wurde. Diese
unterschiedlichen Arten von bipolaren Zellen sind mit ihren entsprechenden
amakrinen Zellen und Ganglienzellen assoziiert, die das analoge
Signal von Licht und Dunkelheit, erzeugt durch die bipolaren Zellen,
in digitale Signale verwandelt, die dann zum Gehirn gesendet und
als visuelle Information verarbeitet wird.
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Wie
oben diskutiert wird deshalb funktionell eine dominierende Bandbreite
des Lichts, welches auf das MMRI-OPSISTER-D (401a) scheint
(z.B. sichtbares Licht oder ein Teil davon, etwa grünes Licht)
das Erzeugen eines Stromes mit einer Polarität von einer Elektrode (420)
bewirken, und mit entgegengesetzter Polarität von der anderen Elektrode (420a),
während
eine unterschiedliche dominierende Bandbreite des Lichts (z.B. infrarot,
oder ein anderer Bereich des sichtbaren Lichts, etwa rotes Licht),
welches auf das MMRI-OPSISTER-D (401a) scheint, das Erzeugen
eines Stromes mit ungekehrter Polarität von den Elektroden (420 und 420a)
verursacht (im Vergleich zu der Polarität der Elektroden 420 und 420a mit
der Stimulation sichtbaren Lichts in der ersten Situation). Unter
typischen Beleuchtungsbedingungen wird Licht gefunden, das aus einer
Mischung aus unterschiedlichen Bandbreiten zusammengesetzt ist.
Abhängig
von der dominieren den auftretenden Bandbreite wird entweder die
P+- oder die N+-Schicht eine größere Lichtintensität empfangen und
als Ergebnis intensiver stimuliert werden als die andere. Deshalb
wird Strom einer Polarität
von z.B. Elektrode (420) unter in einer Bandbreite dominierenden
Beleuchtungsbedingungen erzeugt, während Strom anderer Polarität von Elektrode
(420) unter in anderer Bandbreite dominierenden Beleuchtungsbedingungen
erzeugt wird. Bei der Orientierung der MMRI-OPSISTER-D (401a)
nach 27E in dem subretinalen Raum
kommt das Licht (430) von oben. Die Elektrode (420)
ist die stimulierende Elektrode der inneren Retina (66),
wie in 11 gezeigt, weil sie in direktem
Kontakt mit diesem Teil der Retina ist. Die Elektrode (420a),
die einen Strom erzeugt, der entgegengesetzt zu dem der Elektrode
(420) ist, ist von der inneren Retina abgewandt und wirkt
als die elektrische Rückführung des
Stroms von Elektrode (420). Weil das MMRI-OPSISTER-D (401a)
eine symmetrische Einrichtung ist, erzeugt das einfallende Licht
(430) dieselbe Polarität
der Stimulation der inneren Retina, egal ob die Elektrode (420)
oder die Elektrode (420a) der inneren Retina zugewandt
ist.
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Bei
typischen Patienten mit Makuladegeneration ist z.B. der das Licht
empfangene Bereich der Fotorezeptorzelle(n) beschädigt oder
verloren, und hinterlässt
den verbleibenden Fotorezeptor. Wenn eine Einrichtung wie das MMRI-OPSISTER-D (401a),
das in 27E gezeigt ist, in den subretinalen
Raum (82) nach 11 an
die gleiche Stelle wie, aber anstelle der MMRI-4's (8) eingesetzt wird, in Kontakt
mit den verbliebenen Fotorezeptorzellen (64), und wenn
die geeignete Bandbreite des Lichts (z.B. sichtbares Licht oder
ein Bereich dieses Spektrums, z.B. grünes Licht, wie oben diskutiert)
die N+-Oberfläche der
Einrichtung, die dem einfallenden Licht zugewandt ist, stimuliert,
werden die negativen Ladungen, die durch die N+-Oberfläche der
Einrichtung erzeugt werden, eine größere Negativität in dem internen
Bereich der Rest-Fotorezeptorzellen induzieren und die Wahrnehmung
von Licht erzeugen. In diesem Beispiel verursacht die größere interne
Negativität
in diesem Bereich ein Signal, das einer Lichtwahrnehmung entspricht
und an die bipolare Zelle übertragen
wird, die für
das Übertragen
der Wahrnehmung von Licht verantwortlich ist.
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Gleichermaßen, wenn
eine Einrichtung wie das MMRI-OPSISTER-D (401a), das in 27E gezeigt ist, in dem subretinalen Raum (82)
nach 11 an die gleiche Stelle wie, jedoch anstatt der
MMRI-4's (8)
eingesetzt wird, in Kontakt mit den Rest-Fotorezeptorzellen (64),
und die geeignete Bandbreite des Lichts (z.B. infrarotes Licht oder
ein anderer Bereich des Spektrums, etwa rotes Licht, wie oben diskutiert) die
P+-Oberfläche
der Einrichtung stimuliert, die dem einfallenden Licht zugewandt
ist, wobei die positiven La dungen, die durch die P+-Oberfläche der
Einrichtung erzeugt werden, eine geringere Negativität in dem
internen Bereich der Rest-Fotorezeptorzelle induziert und die Empfindung
von Dunkelheit oder dunklen Farbtönen erzeugt. In diesem Beispiel
verursacht die geringere interne Negativität an dieser Stelle, dass ein
Signal, das eine Empfindung von Dunkelheit oder dunklen Farbtönen repräsentiert,
an die entsprechenden bipolaren Zellen übertragen wird, die für die Übertragung
der Empfindung von Dunkelheit oder dunklen Farbtönen verantwortlich ist.
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Die
Brückenelektroden
(420, 420a) ermöglichen den P+- und N+-Oberflächen, die
Retina durch dieselbe Elektrode elektrisch zu stimulieren. Das ist wichtig,
um die Möglichkeit
von Gewebeverletzungen durch das anhaltende Ausgesetztsein mit Strömen, die
nur in eine Richtung fließen,
zu verringern. Jedoch wird vermutet, dass sehr kleine Ströme notwendig
sind und zum Fließen
in dem subretinalen Raum induziert werden, und zwar durch jede der
Einrichtungen, die hier offenbart sind. Das Zurverfügungstellen von
Brückenelektroden
(420, 420a) wird nur als Vorsichtsmaßnahme gemacht.
Jedoch erlauben es Brückenelektroden
auch, dass die MMRI-OPSISTER-D-Einrichtung kleinere Flächen der
Retina stimuliert, und deshalb höhere
Auflösungen
erzeugt, als andere Ausführungsformen
dieser Erfindung.
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Wie
in 27E gezeigt, sind die MMRI-OPSISTER-D-Einrichtungen
(401a) typischerweise in der Größenordnung von 10 Mikron dick,
können
aber von 3 Mikron bis 1000 Mikron in der Dicke variieren.
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Wie
in 28 gezeigt, ist die kleine Siliziumscheibe (405a)
mit ihren MMRI-OPSISTER-D-Einrichtungen
(401a), die implantiert im subretinalen Raum (82)
gezeigt ist, typischerweise in der Größenordnung von 40 Mikron dick,
kann aber von 3 Mikron bis 1000 Mikron in der Dicke variieren.