KR100765960B1

KR100765960B1 - 전계 효과 트랜지스터를 이용한 신경 전자 칩

Info

Publication number: KR100765960B1
Application number: KR1020060078155A
Authority: KR
Inventors: 안병권
Original assignee: 안병권
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2007-10-17
Also published as: KR20060115673A

Abstract

본 발명은 전계 효과 트랜지스터를 이용한 신경 전자 칩에 관한 것으로, 신경 섬유(110)로 이루어진 신경(100)의 말단에 상기 신경(100)의 신경 섬유(110) 사이로 침투되어 부착된 콜라겐 튜브(200)와, 상기 신경 섬유(110)의 말단에 위치하며, 상기 콜라겐 튜브(200)에 접촉하여 부착되어 있으며, 실리콘(320) 위에 형성된 소스(330)와 드레인(340)으로 구성되며, 신경 신호 측정 기능을 가지는 경우 상기 신경 섬유(110) 말단에 형성되는 전계를 구동 신호로 하여 전류 출력(360)을 출력할 수 있고, 신경 자극 기능을 가지는 경우 상기 소스(330)와 드레인(340)에 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 전기 자극 신호를 전달하는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)가 배열되어 있는 신경 전자 터미널(300)과, 상기 신경 전자 터미널(300)이 설치되며, 상기 신경세포 및 콜라겐 튜브(200)와 봉합부(120)로 결합 되어 있는 프레임(500)과, 상기 프레임(500) 상에 설치되며, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 배열에 연결되어 상기 신경(100)를 자극하는 기능을 가지는 경우에는 자극 신호(470)에 의해 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)를 제어하고 구동하여 신경 섬유(110)의 말단을 자극하기 위한 전계를 발생시키고, 상기 신경(100)의 신경 전달 전기 신호를 측정하는 기능을 가지는 경우에는 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)의 전류 출력(360)을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453)로 구성되는 신경 컴퓨터 칩(400)과, 상기 프레임(500)에 설치되어 있으며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)의 자극 신호(470)와 신경 신호(472)의 입/출력을 외부 장치로 연결할 수 있는 입/출력 핀(510)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩에 관한 것이다.

본 발명에 의하는 경우, 절단 등에 의해 손상된 신경 섬유의 말단에 신경 전자 칩을 장착하여 신경으로부터 전달되는 신경 신호를 전기적인 신호로 측정할 수 있고, 전기적인 자극 신호를 신경 섬유에 전달하여 신경 신호로 전달할 수 있어 신경이 손상된 경우에도 신경 신호의 전달이 가능한 것은 물론, 의수, 의족 등의 전자 제어에도 획기적인 발전이 가능하다는 장점이 있다.

전계 효과 트랜지스터, 신경, 신경 섬유, 측정, 자극

Description

전계 효과 트랜지스터를 이용한 신경 전자 칩 {FET Nerve Electronic Chip}

도 1: 기존의 일 실시 예에 의한 뇌 세포 신호 탐지 장치의 구성 개략도

도 2: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 구성도

도 3: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 신경에의 결합 과정도

도 4: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 프레임의 구조도

도 5: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 여러 가지 프레임의 구조도

도 6: 본 발명의 일 실시 예에 의한 한쪽 끝이 폐쇄된 콜라겐 튜브를 이용한 신경 전자 칩의 구성도

도 7: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩을 이용한 절단된 신경 사이의 연결 구성도

도 8: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 개략도

도 9: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 다 대 일 신경 접촉부의 개략도

도 10: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 일 대 다 신경 접촉부의 개략도

도 11: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 측면 실리콘을 가지는 신경 접촉부의 개략도

도 12: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 측면 전계 효과 트랜지스터를 가지는 신경 접촉부의 개략도

도 13: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 측정시 회로 구성도

도 14: 본 발명의 다른 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 측정시 회로 구성도

도 15: 본 발명의 실시 예 A에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 자극시 회로 구성도

도 16: 본 발명의 실시 예 B에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 자극시 회로 구성도

도 17: 본 발명의 실시 예 C에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 자극시 회로 구성도

도 18: 본 발명의 실시 예 D에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 자극시 회로 구성도

도 19: 본 발명의 실시 예 E에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 자극시 회로 구성도

도 20: 본 발명의 스위치형 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 측정 및 자극시 회로 구성도

도 21: 본 발명의 독립형 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 신경 접촉부의 측정 및 자극시 회로 구성도

도 22: 본 발명의 일 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 구성 블록 다이어그램

도 23: 본 발명의 스위치형 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 행 드라이버와 열 드라이버의 구성 블록 다이어그램

도 24: 본 발명의 독립형 실시 예에 의한 신경 전자 칩의 행 드라이버와 열 드라이버의 구성 블록 다이어그램

<도면의 주요부에 사용된 기호의 설명>

10: 벌크 실리콘 11: 소스

12: 드레인 13: 배양액

14: 뇌 세포

100: 신경 110: 신경 섬유

120: 봉합부

200: 콜라겐 튜브 210: 콜라겐 물질

300: 신경 전자 터미널 310: 전계 효과 트랜지스터(FET)

311: 측면 실리콘 312: 측면 FET

320: 실리콘 330: 소스

331: 측면 소스 340: 드레인

341: 측면 드레인 350: 필름

360: 전류 출력 363: 측면 전류 출력

370: 접지 도체

380: 전기 자극(구동)신호 381: 측면 전기 자극 신호

390: 자극점 395: 스위치

400: 신경 컴퓨터 칩 410: 하면 레이어

411: 상면 레이어 420: 드라이버 컨트롤러

430: 행(Row) 드라이버 431: 행(Row) 액세스

440: 열(Column) 드라이버 441: 자극 신호

442: 스위치 신호 450: 칼럼 앰프

451: 칼럼 멀티플렉서

452: 게인 453: 아날로그/디지털 변환기

454: 라인 드라이버 455: 전류/전압 변환기

460: 바이오스 제네레이터

461: 클록 제네레이터 462: 오실레이터

470: 자극 신호 471: 요구 신호

472: 신경 신호

500: 프레임 501: 봉합사용 구멍

510: I/O 핀 520: 송수신 장치

530: 연결 케이블

일반적으로, 생체의 신경이 절단되거나 손상된 경우, 어느 정도까지는 신경세포의 자연 치유력에 의한 회복 단계에서 다시 신경 세포가 연결되어 감각이나 운동 등에 관련된 신경 신호가 다시 전달되는 것이 가능하다. 또한, 절단된 신경을 외과적 수술 등을 통하여 재접합하는 경우에도 다시 신경 세포가 연결되어 감각이나 운동 등에 관련된 신경 신호가 다시 전달되는 것이 가능하다.

그러나 손상 부위가 광범위한 경우나, 절단 부위 사이에서 손상된 신경 사이의 거리가 멀어 외과적인 방법에 의해 접합이 불가능한 경우, 주변의 골격이나 근육, 혈관 등을 접합하여 회복시키는 것은 가능하여도 신경은 다시 연결되지 못하여, 그 부위의 감각을 상실함은 물론, 운동 능력을 회복하는 것도 불가능하여, 결국 회복 불가능한 장애가 남는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 지금까지는 일반적으로 전극을 신경 주위 에 설치하여 신경의 전기 신호를 측정하거나 신경에 전기 자극을 주는 등의 방법이 일반적으로 이용되어 왔다. 이러한 전극은 대부분 탐침(Probe) 형태를 가지며, 가늘고 날카로운 하나 이상의 탐침이 이용되어 왔다. 그러나 이러한 기존의 방법은 신경에 직접 접촉하거나 신경을 뚫고 들어가며 설치되는 전극의 물리적 형상 및 크기에 의해 전극이 설치된 주변 조직 등에 괴사나 감염 등의 병리학적 문제가 발생한다는 문제가 있었다. 또한, 전극의 물리적인 크기의 한계로 인하여(아무리 소형화 시켜도 현재까지 65 평방mm 당 100개의 전극(탐침) 정도) 말단 신경 세포가 아닌, 척수 등 여러 신경 섬유 다발로 이루어져 각각의 신경 섬유가 여러 가지 다른 신경 신호를 전달하는 신경의 경우에는, 신경을 구성하는 각각의 신경 세포 줄기마다 전극을 설치하는 것은 현실적으로 불가능하여, 이러한 경우 전극을 이용한 신경의 전기 신호를 측정하거나 신경에 전기 자극을 주는 등의 방법은 적용이 불가능하다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 신경과 거의 동일한 성질을 가지고 있는 뇌 세포에서 신호를 전달하는 경우 신경 주위의 전계(Electric Field)의 변화에 의해 신경 신호가 전달된다는 점에 착안하여, 근래에는 도 1에 도시된 것과 같이 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)를 이용하여 신경 신호를 전기적 신호로 증폭하여 측정하는 방법이 연구되어 왔다. 이 경우, 도 1에 도시된 것과 같이 뇌세포(14)를 배양액(13)에 담근 후, 그 배양액 아래의 벌크 실리콘(10) 상에 형성된 소스(11)와 드레인(12)으로 구성된 전계 효과 트랜지스터(FET)를 이용하여 상기 뇌세포(14)에서 전달되는 신경 신호를 증폭하여 측정하는 방법이 연구되어 왔 다. 그러나 이 방법의 경우에도, 뇌 세포의 연구를 위한 구성이므로, 여러 신경섬유(110) 가닥으로 이루어진 신경의(100) 시시각각 변하는 많은 양과 다양한 종류의 신호를 한꺼번에 측정하거나 자극하기는 곤란하며, 뇌세포(14)가 배양액(13)안에 떠있는 구조이고 뇌 세포(14)를 정확히 고정해줄 방법이 없어서, 특히 많은 다발로 이루어진 신경(100)의 특성상 정확하고 시간이 지나도 변함없는 신경 신호를 측정 또는 자극하기는 곤란하고, 이와 함께 배양액을 사용한 구조에서는 콜라겐 물질과 달리 뇌세포의 생존과 안정적인 영향공급 또한 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전계 효과 트랜지스터를 이용한 신경 전자 칩에 관한 것으로, 신경 섬유(110)로 이루어진 신경(100)의 말단에 상기 신경(100)의 신경 섬유(110) 사이로 침투되어 부착된 콜라겐 튜브(200)와, 상기 신경 섬유(110)의 말단에 위치하며, 상기 콜라겐 튜브(200)에 접촉하여 부착되어 있으며, 실리콘(320) 위에 형성된 소스(330)와 드레인(340)으로 구성되며, 신경 신호 측정 기능을 가지는 경우 상기 신경 섬유(110) 말단에 형성되는 전계를 구동 신호로 하여 전류 출력(360)을 출력할 수 있고, 신경 자극 기능을 가지는 경우 상기 소스(330)와 드레인(340)에 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 전기 자극 신호를 전달하는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)가 배열되어 있는 신경 전자 터미널(300)과, 상기 신경 전자 터미널(300)이 설치되며, 상기 신경세포 및 콜라겐 튜브(200) 와 봉합부(120)로 결합 되어 있는 프레임(500)과, 상기 프레임(500) 상에 설치되며, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 배열에 연결되어 상기 신경(100)를 자극하는 기능을 가지는 경우에는 자극 신호(470)에 의해 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)를 제어하고 구동하여 신경 섬유(110)의 말단을 자극하기 위한 전계를 발생시키고, 상기 신경(100)의 신경 전달 전기 신호를 측정하는 기능을 가지는 경우에는 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)의 전류 출력(360)을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453)로 구성되는 신경 컴퓨터 칩(400)과, 상기 프레임(500)에 설치되어 있으며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)의 자극 신호(470)와 신경 신호(472)의 입/출력을 외부 장치로 연결할 수 있는 입/출력 핀(510)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩을 제공하여, 절단 등에 의해 손상된 신경 섬유의 말단에 안정적인 구조의 신경 전자 칩을 장착하여 신경으로부터 전달되는 신경 신호를 전기적인 신호로 측정할 수 있고, 전기적인 자극 신호를 신경 섬유에 전달하여 신경 신호로 전달할 수 있도록 하는 것을 주목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 신경 섬유(110)로 이루어진 신경(100)의 말단에 상기 신경(100)의 신경 섬유(110) 사이로 침투되어 부착된 콜라겐 튜브(200)와, 상기 신경 섬유(110)의 말단에 위치하며, 상기 콜라겐 튜브(200)에 접촉하여 부착되어 있으며, 실리콘(320) 위에 형성된 소스(330)와 드레인(340) 으로 구성되며, 신경 신호 측정 기능을 가지는 경우 상기 신경 섬유(110) 말단에 형성되는 전계를 구동 신호로 하여 전류 출력(360)을 출력할 수 있고, 신경 자극 기능을 가지는 경우 상기 소스(330)와 드레인(340)에 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 전기 자극 신호를 전달하는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)가 배열되어 있는 신경 전자 터미널(300)과, 상기 신경 전자 터미널(300)이 설치되며, 상기 신경세포 및 콜라겐 튜브(200)와 봉합부(120)로 결합 되어 있는 프레임(500)과, 상기 프레임(500) 상에 설치되며, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 배열에 연결되어 상기 신경(100)를 자극하는 기능을 가지는 경우에는 자극 신호(470)에 의해 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)를 제어하고 구동하여 신경 섬유(110)의 말단을 자극하기 위한 전계를 발생시키고, 상기 신경(100)의 신경 전달 전기 신호를 측정하는 기능을 가지는 경우에는 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)의 전류 출력(360)을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453)로 구성되는 신경 컴퓨터 칩(400)과, 상기 프레임(500)에 설치되어 있으며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)의 자극 신호(470)와 신경 신호(472)의 입/출력을 외부 장치로 연결할 수 있는 입/출력 핀(510)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실리콘(320)은, 상기 신경 섬유(110)의 측면으로 연장되어 형성된 측면 실리콘(311)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측면 실리콘(311) 상에 형성된 측면 소스(331)와 측면 드레인(341)으로 구성되는 측면 전계 효과 트랜지스터(312)를 더 포함하여 구성되는 것 을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)를 구성하는 상기 소스(330)와 드레인(340)에 추가하여 상기 실리콘(320)위에 형성되며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)에서 전달되는 자극 신호(470)에 의해 접지극과의 사이에 전기 자극 신호(380)에 따라 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 자극 신호를 전달하는 기능을 가지는 자극점(390)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측면 실리콘(311) 상에 형성되며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)에서 전달되는 자극 신호(470)에 의해 접지극과의 사이에 전기 자극 신호(380)에 따라 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 자극 신호를 전달하는 기능을 가지는 측면 자극점(미도시)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신경 섬유(110) 말단과 상기 전계 효과 트랜지스터(FET)(310) 사이의 간격은 0~200nm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신경 섬유(110)의 말단과 상기 전계효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310) 사이에, 필름(350)이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신경 섬유(110)와 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)는 일대일(1:1) 또는 일대다(1: m) 또는 다대일(n: 1) 로 대응하여 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)은, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 2차 원적 배열에 연결되어 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 구동하는 행 드라이버(430)와 열 드라이버(440)를 자극 신호(470)에 의해 제어하는 드라이버 컨트롤러(420)와, 상기 행 드라이버(430)와 연결되며 , 오실레이터(462)와 연결된 바이오스 제네레이터(460)의 구동에 필요한 클록 신호를 발생시키는 클록 제너레이터(461)와, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 각 출력에 부착된 전류/전압 변환기(455)와, 상기 전류/전압 변환기(455)에 연결되어 전압 출력 신호를 증폭하는 열 앰프(450)와, 상기 열 앰프(450)에 연결되어 다수 회선의 신호를 제어하여 전달하는 열 멀티플렉서(451)와, 상기 열 멀티플렉서(451)의 출력을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열 드라이버(440)는 신경 신호 측정 기능과 신경 자극 기능을 선택할 수 있는 스위치 신호(442)를 발생시킬 수 있고, 상기 스위치 신호(442)에 의해 상기 전계 효과 트랜지스터(310)에 전류 출력(360) 또는 전기 자극 신호(380)를 선택적으로 연결할 수 있는 스위치(395)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 봉합부(120)는 외과적 봉합사 또는 외과 봉합용 접착제를 이용하여 봉합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콜라겐 튜브(200)는 폴리글리콜산 콜라겐(Polyglycolic acid Collagen)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콜라겐 튜브(200)의 내부 상기 신경(100)의 신경 섬유(110) 사이 로 콜라겐 물질(210)이 침투되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콜라겐 물질(210)은 라미닌 코팅 콜라겐 섬유(Laminin-coated collagen fibers)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 콜라겐 튜브(200)는 한쪽만 열린 주머니 형상을 가지며, 상기 프레임(500)에는 상기 신경 컴퓨터 칩(400)의 입/출력 신호를 외부로 전송할 수 있는 송수신 장치(520)가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임(500)에는 봉합용 실이 통과하기 용이하도록 봉합사용 구멍(501)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호는 1~10V 의 전압으로 1회 신호를 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호는 5V 의 전압으로 1회 신호를 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호는 1~10V 전압의 펄스를 10~30μs 간격으로 10~200회 반복적으로 신호를 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호의 펄스는 20μs의 펄스 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호의 펄스는 5V의 전압으로 50회 인가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호의 펄스는 5V의 전압으로 100회 인가되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전계 효과 트랜지스터를 이용한 신경 전자 칩을 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 발명의 전계 효과 트랜지스터를 이용한 신경 전자 칩은 도 2에 도시된 것과 같이 콜라겐 튜브(200), 신경 전자 터미널(300), 신경 컴퓨터 칩(400), 프레임(500) 및 입/출력 핀(510)으로 구성된다.

먼저, 콜라겐 튜브(200)에 관하여 설명한다. 상기 콜라겐 튜브(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 봉합부(120)에 의해 신경(100)에 부착된다. 이 경우, 상기 콜라겐 튜브(200)는 신경(100)과 후술할 신경 컴퓨터 칩(400)을 물리적으로 고정하는 기능을 가진다. 한편, 상기 콜라겐 튜브(200)의 안쪽 면에 발라지거나 채워지는 콜라겐 물질(210)은 반 유동성 및 침투성과 조직 친밀성이 우수한 재질의 특성상 도 3에 도시된 것과 같이 신경 섬유(110)로 이루어진 신경(100)의 말단에 상기 신경(100)의 신경 섬유(110) 사이로 침투되는 것이 가능하여 상기 콜라겐 튜브(200) 와 신경(100)의 안정된 부착이 가능하다. 그리고 절단시 상처난 신경의 원활한 영양공급을 함과 동시에, 회복을 도와 신경의 괴사를 막고, 성장을 도와 신경섬유들이 신경 전자 터미널(300)에 더 가까이 접근하여 신경섬유(110)가 고르고, 강하게 접속되도록 돕는다. 따라서, 상기 신경(100)와 후술할 전계 효과 트랜지스터(310)가 서로 단단히 밀착되어 일정한 위치관계를 유지할 수 있도록 하여 좋은 성능을 유지하고 신경과 후술할 신경 컴퓨터 칩(400)이 외부의 충격이나 운동에 의한 떨어짐을 방지하여 시간의 흐름에 따른 신호의 변화를 막아줌과 동시에 같은 입/출력 해상도를 유지할 수 있다. 또한, 상기 콜라겐 튜브(200)는 신경 컴퓨터 칩(400)과 프레임(500)에 대한 인체 또는 동물의 몸으로부터의 거부반응을 거의 없애주어, 경화되거나 지방이 쌓이거나 피막이 쌓이는 것을 막아준다. 이 경우 상기 봉합부(120)는 도 3에 도시된 것과 같이 외과용 접합사를 이용한 수술로 봉합을 할 수도 있고, 외과적 봉합용 접착제를 이용한 봉합도 가능하다. 한편, 상기 콜라겐 튜브(200)의 모양은 신경의 형태와 신경 컴퓨터 칩(400)과 프레임(500)의 형태에 따라 길이와 지름을 다양하게 하는 것이 가능하다.

한편, 상기 콜라겐 튜브(200)는 양쪽이 모두 열린 형태를 가지거나 한쪽만 열린 형태를 가지는 것 가능하다. 도 6에 도시된 것과 같이 상기 콜라겐 튜브(200)가 한쪽만 열린 주머니 형상을 가지는 경우, 후술할 프레임(500)에는 후술할 신경 컴퓨터 칩(400)의 입/출력 신호를 외부로 전송할 수 있는 송수신 장치(520)를 부착하여 별도의 연결선 없이 외부에서 생체내의 본 발명의 신경 전자칩을 사용하도록 하는 것도 가능하다.

상기 콜라겐 튜브(200)는 신경 성장이 활발하게 일어나게 하기 위하여 폴리글리콜산 콜라겐(Polyglycolic acid Collagen)으로 이루어지도록 하여, 상기 신경(100)의 절단면의 성장을 도와 신경 섬유(110)와 후술할 전계 효과 트랜지스터(310)와의 간격을 더욱 가깝게 만든다는 것이 바람직하며, 신경 절단면의 각각의 신경 섬유들에게 거의 동일한 환경을 제공하여, 신경 새싹 (nerve sprout)들이 전계 효과 트랜지스터(310)에 접근되는 거리가 거의 동일하게 되도록 하여 신호제어에 유리하도록 한다. 또한, 상기 콜라겐 물질(210)은 라미닌 코팅 콜라겐 섬유(Laminin-coated collagen fibers)로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

다음으로, 신경 전자 터미널(300)에 관하여 설명한다. 상기 신경 전자 터미널(300)는 도 2에 도시된 것과 같이 상기 신경 섬유(110)의 말단에 위치하며, 상기 콜라겐 튜브(200)에 접촉하여 부착되어 있다. 상기 신경 전자 터미널(300)에는 후술할 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)가 배열되어 있다. 한편, 상기 신경 전자 터미널(300)는 후술할 신경 컴퓨터칩(400)과 층(레이어:Layer)을 이루어 반도체 웨이퍼 상에 형성 되도록 하는 것이 바람직하다. 반도체 웨이퍼 상에 이러한 전계 효과 트랜지스터와 회로를 형성하여 상기 신경 전자 터미널(300)을 제조하는 기술은 본 발명이 속하는 분야에서 공지의 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)에 관 하여 설명한다. 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)는 도 13에 도시된 것과 같이 실리콘(320) 위에 형성된 소스(330)와 드레인(340)으로 구성된다. 본 발명의 신경 전자칩을 이용하여 상기 신경 섬유(110)에서 전달되는 신경 신호를 측정하고자 하는 경우, 상기 신경 섬유(110)에 신경 신호가 전파되면, 상기 신경 섬유의 말단에 전위차가 생기고, 이로 인해 전계(Electric Field)가 발생한다. 이 전계의 강도에 비례하여 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)를 구성하는 소스(330)와 드레인(340) 사이의 실리콘(320)에 전류가 흐를 수 있는 채널이 형성되며, 도 13에 도시된 것과 같이 결과적으로 상기 신경 섬유(110)에서 전달된 신경 신호에 비례하는 전류 출력(360)이 가능하게 된다. 이 경우, 상기 소스(330)와 드레인(340)을 P-Type 실리콘으로 제작하고, 상기 실리콘(320)을 N-Type 실리콘으로 제작할 수도 있고, 상기 소스(330)와 드레인(340)을 N-Type 실리콘으로 제작하고, 상기 실리콘(320)을 P-Type 실리콘으로 제작할 수도 있다.

이 경우, 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)를 구성하는 소스(330)와 드레인(340) 및 실리콘(320)과 상기 신경 섬유 사이에는 절연을 위하여 절연성을 지니는 필름(350)이 삽입되는 것이 바람직하며, 상기 필름(350)은 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 제조하는 반도체공정상에서 절연 필름이 함께 제조되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우 절연을 위해 일반적으로 사용하는 SiO2 막이 형성되도록 하거나, TiO2막이 형성되도록 하는 것이 가능하다.

한편, 상기 실리콘(320)은 도 11에 도시된 것과 같이 신경 섬유(110)의 측면 에 접촉할 수 있는 측면 실리콘(311)이 형성되도록 상기 실리콘(320)을 가공하여 상기 신경 섬유(110)와 상기 실리콘(320)이 보다 안정적으로 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 신경 섬유(110)로부터 전달되는 신호의 독립성을 높여준다. 또한, 도 12 및 도 14, 도 16, 도 18에 도시된 것과 같이, 상기 측면 실리콘(311) 상에 형성된 측면 소스(331)와 측면 드레인(341)으로 구성되는 측면 전계 효과 트랜지스터(312)를 더 포함하도록 구성하여, 상기 신경 섬유(110)의 말단뿐만이 아니라 측면에서도 신경 신호를 측정하거나 신경 자극 신호를 전달할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전계 효과 트랜지스터(310)는 도 8에 도시된 것과 같이 신경 섬유(110)와 일 대 일(1:1)로 대응하는 위치에 형성되는 것이 기본적이겠으나, 일반적으로 하나 이상의 신경 섬유(110)가 다발을 이루어 동일한 신경 신호를 전달하는 특성을 고려할 때, 상기 신경 섬유(110)와 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 도 9에 도시된 것과 같이 다 대 일(n: 1 여기에서 n은 2 이상의 정수)로 대응되는 위치에 형성하는 것이 가능하다.

또한, 하나의 상기 신경 섬유(110)에서 전달되는 신호를 여러 개의 전계 효과 트랜지스터(310)를 이용하여 측정하여, 상기 신경 섬유(110)에서 전달되는 신호를 좀더 정밀하게 측정할 수 있도록 상기 신경 섬유(110)와 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 도 10에 도시된 것과 같이 일 대 다(1: m 여기에서 m은 2 이상의 정수)로 대응되는 위치에 형성하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 신경 전자칩을 이용하여 상기 신경 섬유(110)에 전기 자극을 전달하고자 하는 경우에는, 도 13에 도시된 것과 같이 전기 자극 신호(380)에 의해 상기 소스(330) 및 드레인(340)과 접지극 사이에 전위차가 발생하거나, 도 15에 도시된 것과 같이 상기 소스(330)와 드레인(340)사이에 전위차가 발생하며, 이 전위차에 의해 전계(Electric Field)가 형성되어 상기 신경 섬유(110)로 자극 신호를 전달하게 된다.

실질적으로, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 이용하여 상기 신경 섬유(110)로부터 신경 신호를 측정하거나, 상기 신경 섬유(110)로 신경 자극 신호를 전달하는 경우의 회로 구성을 모식적으로 표현하면 도 20에 표현된 회로의 구성과 등가의 구성을 가진다.(이러한 경우를 이하에서는 "스위치형"이라 표현한다.) 즉, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 이용하여 상기 신경 섬유(110)로부터 신경 신호를 측정하고자 하는 경우에는 도 20에 도시된 스위치(395)가 아래의 측정 회로 쪽으로 연결되어 상기 신경 섬유(110)로부터 전달되는 신경 신호에 의해 발생한 전계에 의해 상기 소스(330)와 드레인(340)사이에 흐르게 되는 전류 출력(360)을 출력한다. 한편, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 이용하여 상기 신경 섬유(110)로 신경 자극 신호를 전달하는 경우는 도 20에 도시된 스위치(395)가 위쪽의 자극 회로 쪽으로 연결되어 상기 전기 자극 신호(380)에 의해 상기 전계 효과 트랜지스터(310)에 형성되는 전계에 의해 상기 신경 섬유(110)에 신경 신호를 전달한다. 한편, 도 20에 도시된 스위치(395)는 후술할 신경 컴퓨터칩(400)의 구성에서 상기 스위치(395)의 기능을 회로적으로 포함하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 도 19 또는 도 21에 도시된 것과 같이, 상기 소스(330)나 상기 드레인(340)과는 별도로 전기 자극 신호(380)를 상기 신경 섬유(110)에 전달할 수 있는 자극점(390)을 상기 실리콘(320)위에 형성하여, 상기 전기 자극 신호(380)에 의해 상기 자극점(390)과 접지극 사이에 전위차를 발생시켜, 이 전위차에 의해 전계(Electric Field)가 형성되어 상기 신경 섬유(110)로 자극 신호를 전달하게 하는 것도 가능하다. 이렇게 독립적인 별도의 상기 자극점(390)을 형성하는 경우, 도 21에 도시된 바와 같이 전류 측정(360)과 전기 자극 신호(380)이 서로 독립적인 회로를 구성하는 것이 가능하며 이러한 경우, 도 24에 도시된 것과 같이 후술할 신경 컴퓨터 칩(400)에서 별도의 스위치 신호(442)를 인가할 필요가 없게 된다. (이러한 경우를 이하에서는 "독립형"이라 한다.)

이러한 경우 중, 도 19에 도시된 것과 같이 상기 소스(330)나 상기 드레인(340)이 없이 상기 자극점(390)만 형성되도록 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 구성하는 경우는, 상기 신경 섬유(110)에서 전달되는 신경 신호를 측정할 필요가 없이, 단지 상기 신경 섬유(110)를 자극하는 기능만이 필요한 경우에 제작과정을 단순화시키기 위하여 고려될 수 있다.

이때, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 전기 자극(380)에 의해 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호는 신경 세포의 종류나 환경 및 인가하려는 신호의 특성에 따라 여러 가지가 고려될 수 있으나, 1~10V 의 전압으로 1회 신호를 주는 것이 기본적으로 고려될 수 있다. 이 경우, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극(380)은 5V 의 전압으로 1회 신호를 주는 것이 바람직하다. 한편, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극(380)은 1~10V 전압의 펄스를 10~30μs 간격으로 10~200회 반복적으로 신호를 주는 것도 고려해 볼 수 있으며, 이 경우 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호의 펄스는 20μs의 펄스 폭을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호의 펄스는 5V의 전압으로 50회 인가하거나 100회 인가하는 것이 바람직하다.

다음으로, 신경 컴퓨터칩(400)에 관하여 설명한다. 상기 신경 컴퓨터칩(400)은 도 2에 도시된 것과 같이 상기 프레임(500) 상에 설치되며, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 배열에 연결되어 상기 신경(100)를 자극하는 기능을 가지는 경우에는 자극 신호(470)에 의해 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)를 제어하고 구동하여 신경 섬유(110)의 말단을 자극하기 위한 전계를 발생시키고, 상기 신경(100)의 신경 전달 전기 신호를 측정하는 기능을 가지는 경우에는 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)의 전류 출력(360)을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453)로 구성된다. 이러한 상기 신경 컴퓨터칩(400)의 구성을 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 22에 일 실시 예를 들어 개략적으로 표현한 것과 같이 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 2차원적 배열에 연결되어 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 구동하는 행 드라이버(430)와 열 드라이버(440)를 자극 신호(470)에 의해 제어하는 드라이버 컨트롤러(420)와, 상기 행 드라이버(430)와 연결되며 , 오실레이터(462)와 연결된 바이오스 제네레이터(460)의 구동에 필요한 클록 신호를 발생시키는 클록 제너레이터(461)와, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 각 출력에 부착된 전류/전압 변환기(455)와, 상기 전류/전압 변환기(455)에 연결되어 전압 출력 신호를 증폭하는 열 앰프(450)와, 상기 열 앰프(450)에 연결되어 다수 회선의 신호를 제어하여 전달하는 열 멀티플렉서(451)와, 상기 열 멀티플렉서(451)의 출력을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 상기 신경 컴퓨터 칩(400)은 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 도 20에 도시된 것과 같이 전술한 "스위치형"인 경우, 도 23에 좀 더 구체적으로 도시한 것과 같은 신호를 상기 전계 효과 트랜지스터(310)에 입/출력한다. 즉, 신경 컴퓨터 칩(400)을 구성하는 행 드라이버(440)는 자극 신호(441)를 상기 전계 효과 트랜지스터(310)에 출력하여 전기 자극 신호(380)의 기능을 하며, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)로부터의 전류 출력(360)을 전류/전압 변환기(455)로 입력받는다. 한편, 상기 행 드라이버(440)는 스위치 신호(442)를 출력하여 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 측정 기능과 자극 기능을 선택하는 상기 스위치(395)를 구동한다. 예를 들면, 상기 스위치 신호(442)가 "1"인 경우 (High Voltage) 상기 스위치(395)가 도 20에서 위쪽의 자극 기능을 가지는 회로를 구동시키는 쪽으로 연결되어 자극 기능이 선택되고, 상기 스위치 신호(442)가 "0"인 경우 (Low Voltage or Ground) 상기 스위치(395)가 도 20에서 아래쪽의 측정 기능을 가지는 회로를 구동시키는 쪽으로 연결되어 측정 기능이 선택되도록 하는 것이 가능하다.

한편, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)은 상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 도 20에 도시된 것과 같은 상기 자극점(390)을 가지는 전술한 "독립형"인 경우, 도 24에 좀 더 구체적으로 도시한 것과 같은 신호를 상기 전계 효과 트랜지스터(310)에 입/출력한다. 이러한 경우에는 전술한 "스위치형"의 경우와 달리, 별도의 스위치 신호(442)를 필요로 하지 않으며, 측정 기능과 자극 기능을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다.

상기 신경 컴퓨터칩은 SOC(System On Chip)의 개념을 이용하여, 모든 기능을 하나의 칩 안에 통합하여 그 크기가 극소화 되도록 구성/제작하여, 본 발명의 신경 전자칩이 신체의 내부 등에 장착되는 경우 신체에 무리가 부담이 가지 않고 부작용 등을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 신경 컴퓨터 칩을 구성하는 기술은 CCD 카메라 등에서 다수의 배열된 센서에서 전달되는 신호를 처리하여 전달되거나 디스플레이 패널의 구동 회로 등의 경우와 같이 전달받은 신호를 처리하여 다수의 소자에 전달하는 기술로서, 일반적인 전자 공학 분야나 본 발명이 속하는 분야에서는 자명하거나 공지의 기술에 속하므로 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 프레임(500)에 관하여 설명한다. 상기 프레임(500)은 본 발명의 신경 전자칩의 각 구성요소를 결합하고 지탱하는 구조부의 기능을 가지며, 도 2에 도시된 것과 같이 상기 신경 컴퓨터 칩(400)이 설치되며, 상기 신경세포 및 콜라겐 튜브(200)와 봉합부(120)로 결합 되어 있다. 상기 프레임(500)은 상기 봉합부(120)에 외과용 봉합사를 사용하는 경우를 위하여, 도 4에 도시된 것과 같이 봉합사용 구멍(501)이 형성 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 프레임(500)의 형상과 상기 봉합사용 구멍(501)의 형상과 배열은 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이 상기 콜라겐 튜브(200)와 상기 신경(100)과의 밀착도를 높이고, 강도를 높이기 위해 다양한 형상과 배열을 가지는 것이 가능하다. 또한, 상기 프레임(500)은 생체와의 거부반응을 줄이기 위하여 다양한 재료를 사용하는 것이 가능하다.

다음으로, 입/출력 핀(510)에 관하여 설명한다. 상기 입/출력 핀(510)은 상기 프레임(500)에 설치되어 있으며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)의 자극 신호(470)와 신경 신호(472)의 입/출력을 외부 장치로 연결할 수 있도록 하는 기능을 가진다.

상기 입/출력 핀(510)은 표준화된 Pin이 제공되어 외부장치들을 통한 유연하면서 다양한 확장이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 공간의 축소 및 특수한 기능을 위하여 외부장치를 상기 입/출력 핀(510)을 대신하여 독립적인 통합형 장치를 사용하거나 무선 또는 유선 연결을 위한 송수신 장치(520)가 일체형으로 올 수 있다. 또한, 상기 입/출력 핀(510)에는 무선 또는 유선 또는 완성된 소켓, 또는 실험용 장치를 붙일 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전계 효과 트랜지스터를 이용한 신경 전자 칩의 작동에 관하여 설명한다.

먼저, 신경 전자칩을 이용하여 신경(100)에서 전달되는 신경 신호를 측정하는 과정을 설명한다. 상기 신경(100)로 구성되는 상기 신경 섬유(110)에 신경 신호가 전파되면, 상기 신경 섬유의 말단에 전위차가 생기고, 이로 인해 전계(Electric Field)가 발생한다. 이 전계의 강도에 비례하여 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)를 구성하는 소스(330)와 드레인(320) 사이의 실리콘(320)에 전류가 흐를 수 있는 채널이 형성되며, 도 13 또는 도 14에 도시된 것과 같이 결과적으로 상기 신경 섬유(110)에서 전달된 신경 신호에 비례하는 전류 출력(360)이 가능하게 된다. 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터(310)로 부터 출력된 전류 출력들은 상기 신경 컴퓨터칩(400) 내부의 회로에서 전류/전압 변환기(455) 등을 통해 전압 신호들로 바뀌고, 이러한 각각의 전압 신호를 상기 신경 컴퓨터칩(400)에서 처리하여 디지털화된 측정 신호를 출력한다.

한편, 본 발명의 신경 전자칩을 이용하여 상기 신경 섬유(110)에 전기 자극을 전달하고자 하는 경우에는, 먼저 신경 컴퓨터칩(400)에 입력된 자극 신호(470)를 상기 신경 컴퓨터칩(400)이 처리하여 하나 이상의 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)에 전기 자극 신호(380)로 전달한다. 이 전기 자극 신호 (380)에 의해 상기 소스(330)와 드레인(340)에 전위차가 발생하며, 이 전위차에 의해 전계(Electric Field)가 형성되어 상기 신경 섬유(110)로 자극 신호를 전달하게 된다.

이러한 작동 과정을 응용하면, 도 7에 도시된 것과 같이 본 발명의 신경 전자칩을 절단된 신경의 한쪽 말단부에 설치하고(신경 전자칩 A) 또 다른 신경 전자칩(신경 전자칩 B)을 절단된 신경의 대응하는 말단부에 설치한 후, 신경 전자칩 A의 측정 신호를 신경 전자칩 B의 자극 신호로 전달하고, 그와 반대로 신경 전자칩 B의 측정 신호를 신경 전자칩 A의 자극 신호로 전달하여 절단된 신경이 연결된 것과 같이 신경 신호가 서로 전달되는 것이 가능하게 하는 작동이 가능하다.

이상에서는 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 절단 등에 의해 손상된 신경 섬유의 말단에 신경 전자 칩을 장착하여 신경으로부터 전달되는 신경 신호를 전기적인 신호 로 측정할 수 있고, 전기적인 자극 신호를 신경 섬유에 전달하여 신경 신호로 전달할 수 있어 신경이 손상된 경우에도 신경 신호의 전달이 가능하다는 장점이 있다.

특히나, 기존의 방법이나 장치에 비하여 신경의 손상이나 괴사를 크게 방지할 수 있고, 반도체 기술을 이용한 FET를 이용하므로 기존의 방법에서 전극(탐침)의 기능을 수행하는 각각의 FET의 크기가 기존의 전극(탐침)에 비하여 획기적으로 소형화되어, 신경 섬유와 FET가 1:1(필요성에 따라 1:n, n:1) 로 연결되는 것이 가능하며, 각각의 FET가 신경 신호를 정밀하게 측정하는 해상도가 기존의 전극(탐침)에 비하여 획기적으로 향상된다는 장점이 있다. 또한, Chip안에서 신호를 디지탈화 해서 chip밖으로 보내기 때문에 거의 손상되지 않은 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한, 신경 섬유와 electronics가 1:1로 접속하여 신호를 전달해 줌으로서, 과거에 장치에 비해 정밀한 정보를 주고 받을 수 있고, 신체에 자연스럽게 연결되여, 별다를 훈련 없이 과거 장치에 비해 더욱 자신의 몸과 같은 제어가 가능하며, 자신의 몸으로 느끼는 신호와 동일한 감각(오감,근육 피드백 등)을 느낄 수 있다.

청각의 경우, 현재 실용화되어있는, 인공 와우도 사용할 수 없는 경우(달팽이관 기형과 같은 경우)에도 신경만 뇌와 연결되어있다면 본 발명을 이용한 청각의 회복이 가능할 수 있다. 또한 현재 인공 와우(artificial cochlea)보다 정교한 신호를 줄 수 있어서, 청각장애우에게 실제 귀와 더욱 유사하게 들리게 할 수 있다.

한편, 시각의 경우, 현재 연구중인 인공망막(실리콘 망막)은 실제로 사람 몸에 심어져 연구중에 있지만, 낮은 해상도 때문에 신호를 전달하지 못하는 문제가 있고, 해상도가 향상된다 하여도 그 시각 신경 정보를 전달하는데 무리가 있으나, 본 발명에 의하는 경우 신경 섬유와 FET가 1:1(필요성에 따라 1:n, m:1) 로 연결되어 신경에 직접 신호 정보를 전달하기 때문에 실제 눈으로 보는 것과 유사한 정보를 전달 해 줄 수 있다.

한편, 신경의 끝 부분이나 중추신경(뇌, 척수 등)에 본 발명을 응용하면 자동차, 휠체어, 컴퓨터 등의 기계장치와 연결할 경우, 신경정보를 통해서 그 장치들을 제어하는 것도 가능할 수 있으며, 가상세계에 시각, 청각, 후각, 미각, 근육(안근육등을 포함) 등 모든 신경을 연결한다면 현실과 거의 똑같은 가상현실의 생활을 하는 것도 가능할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 각종 생명 공학 관련 실험이나 연구에 있어서, 중추 신경으로부터 오는 신호를 신경섬유단위로 읽어낼 수 있으므로, 높은 해상도의 정밀한 신호를 읽어낼 수 있으며, 신경으로 신호를 보내면서 할 수 있는 각종 실험의 경우 신경섬유단위로 신경을 중추신경으로 보낼 수 있으므로, 높은 해상도의 정밀한 신호를 보낼 수 있다는 장점이 있다.

Claims

신경 섬유(110)로 이루어진 신경(100)의 말단에 상기 신경(100)의 신경 섬유(110) 사이로 침투되어 부착된 콜라겐 튜브(200);

상기 신경 섬유(110)의 말단에 위치하며, 상기 콜라겐 튜브(200)에 접촉하여 부착되어 있으며, 실리콘(320) 위에 형성된 소스(330)와 드레인(340)으로 구성되며, 신경 신호 측정 기능을 가지는 경우 상기 신경 섬유(110) 말단에 형성되는 전계를 구동 신호로 하여 전류 출력(360)을 출력할 수 있고, 신경 자극 기능을 가지는 경우 상기 소스(330)와 드레인(340)에 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 전기 자극 신호를 전달하는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)가 배열되어 있는 신경 전자 터미널(300);

상기 신경 전자 터미널(300)이 설치되며, 상기 신경(100) 및 콜라겐 튜브(200)와 봉합부(120)로 결합 되어 있는 프레임(500);

상기 프레임(500) 상에 설치되며, 상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 배열에 연결되어 상기 신경(100)를 자극하는 기능을 가지는 경우에는 자극 신호(470)에 의해 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)를 제어하고 구동하여 신경 섬유(110)의 말단을 자극하기 위한 전계를 발생시키고,

상기 신경(100)의 신경 전달 전기 신호를 측정하는 기능을 가지는 경우에는 상기 각각의 전계 효과 트랜지스터(310)의 전류 출력(360)을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453)로 구성되는 신경 컴퓨터 칩(400);

상기 프레임(500)에 설치되어 있으며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)의 자극 신호(470)와 신경 신호(472)의 입/출력을 외부 장치로 연결할 수 있는 입/출력 핀(510); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 1에 있어서,

상기 실리콘(320)은, 상기 신경 섬유(110)의 측면으로 연장되어 형성된 측면 실리콘(311); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 2에 있어서,

상기 측면 실리콘(311) 상에 형성된 측면 소스(331)와 측면 드레인(341)으로 구성되는 측면 전계 효과 트랜지스터(312); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 1에 있어서,

상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)를 구성하는 상기 소스(330)와 드레인(340)에 추가하여 상기 실리콘(320)위에 형성되며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)에서 전달되는 자극 신호(470)에 의해 접지극과의 사이에 전기 자극 신호(380)에 따라 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 자극 신호를 전달하는 기능을 가지는 자극점(390); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 측면 실리콘(311) 상에 형성되며, 상기 신경 컴퓨터 칩(400)에서 전달되는 자극 신호(470)에 의해 접지극과의 사이에 전기 자극 신호(380)에 따라 걸리는 전위에 의해 발생 되는 전계로 상기 신경 섬유(110)에 자극 신호를 전달하는 기능을 가지는 측면 자극점(미도시); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 신경 섬유(110) 말단과 상기 전계 효과 트랜지스터(FET)(310) 사이의 간격은 0~200nm인 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 6에 있어서,

상기 신경 섬유(110)의 말단과 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310) 사이에, 필름(350)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 7에 있어서,

상기 신경 섬유(110)와 상기 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(310)는 일 대 일(1:1) 또는 일 대 다(1: m 여기에서 m은 2 이상의 정수) 또는 다 대 일(n: 1 여기에서 n은 2 이상의 정수)로 대응하여 배치되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 8에 있어서,

상기 신경 컴퓨터 칩(400)은,

상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 2차원적 배열에 연결되어 상기 전계 효과 트랜지스터(310)를 구동하는 행 드라이버(430)와 열 드라이버(440)를 자극 신호(470)에 의해 제어하는 드라이버 컨트롤러(420);,

상기 행 드라이버와 연결되며 , 오실레이터(462)와 연결된 바이오스 제네레이터(460)의 구동에 필요한 클록 신호를 발생시키는 클록 제너레이터(461);

상기 전계 효과 트랜지스터(310)의 각 출력에 부착된 전류/전압 변환기(455);

상기 전류/전압 변환기(455)에 연결되어 전압 출력 신호를 증폭하는 열 앰프(450);

상기 열 앰프(450)에 연결되어 다수 회선의 신호를 제어하여 전달하는 열 멀티플렉서(451);

상기 열 멀티플렉서(451)의 출력을 디지털 신호로 변환시켜 신경 신호(472)를 출력하는 아날로그/디지털 변환기(453); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 9에 있어서,

상기 열 드라이버(440)는 신경 신호 측정 기능과 신경 자극 기능을 선택할 수 있는 스위치 신호(442)를 발생시킬 수 있고,

상기 스위치 신호(442)에 의해 상기 전계 효과 트랜지스터(310)에 전류 출 력(360) 또는 전기 자극 신호(380)를 선택적으로 연결할 수 있는 스위치(395); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 9에 있어서,

상기 봉합부(120)는 외과적 봉합사 또는 외과 봉합용 접착제를 이용하여 봉합되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 9에 있어서,

상기 전계 효과 트랜지스터(310)가 상기 신경 섬유(110)에 전달하는 전기 자극 신호는 1~10V 의 전압의 펄스를 10~30μs 간격으로 10~200회 반복적으로 신호를 주는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 1에 있어서,

상기 콜라겐 튜브(200)는 폴리글리콜산 콜라겐(Polyglycolic acid Collagen)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 13에 있어서,

상기 콜라겐 튜브(200)의 내부 상기 신경(100)의 신경 섬유(110) 사이로 콜라겐 물질(210)이 침투되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 1에 있어서,

상기 콜라겐 튜브(200)는 한쪽만 열린 주머니 형상을 가지며, 상기 프레임(500)에는 상기 신경 컴퓨터 칩(400)의 입/출력 신호를 외부로 전송할 수 있는 송수신 장치(520)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 1에 있어서,

상기 프레임(500)에는 봉합용 실이 통과하기 용이하도록 봉합사용 구멍(501)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 1에 있어서,

상기 신경 컴퓨터 칩(400)은 상기 프레임(500)에 평면으로 부착 가능한 평면형 반도체 칩으로 제작되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 17에 있어서,

상기 신경 전자 터미널(300)은 상기 신경 컴퓨터 칩(400)과 층(Layer)을 이루어 형성되는 평면형 반도체 칩으로 제작되는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.
청구항 14에 있어서,

상기 콜라겐 물질(210)은 라미닌 코팅 콜라겐 섬유(Laminin-coated collagen fibers)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신경 전자 칩.