KR102357459B1 - Artificial retina device including a plurality of nanopillar structures on the electrode surface - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극 표면에 복수 개의 나노 필라 구조를 포함하는 인공망막 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial retina device including a plurality of nanopillar structures on an electrode surface.
인공망막은 망막색소변성증(retinitis pigmentosa, RP) 이나 노인성황반변성(age-related macular degeneration, AMD) 등으로 망막의 바깥 쪽 시세포 층이 손상되어 시력을 상실한 환자들의 남아있는 망막 세포를 전기적으로 자극하여 시력을 회복하게 하는 방법이다.The artificial retina electrically stimulates the remaining retinal cells of patients who have lost sight due to damage to the outer photoreceptor layer of the retina due to retinitis pigmentosa (RP) or age-related macular degeneration (AMD). How to restore sight.
인공망막 장치의 구성은 제조사별로 약간의 차이는 있으나, 망막의 중심와(fovea centralis; 망막에 상이 맺히는 부위)를 전기적으로 자극하기 위한 마이크로전극 어레이(micro-electrode arrays, MEAs)가 필수적으로 포함되어 있다.Although the composition of the artificial retina device differs slightly by manufacturer, micro-electrode arrays (MEAs) are essential to electrically stimulate the fovea centralis (the area where images form on the retina). .
마이크로전극 어레이는 중심와의 한정된 크기(약 5mm x 5mm) 내에 수백 내지 수천 개의 전극으로 이루어져 있으며, 기존에는 Platinum, porous platinum을 주로 사용하였으나, 현재는 전하주입용량(charge injection capacity; CIC)이 더 높은 Iridium oxide를 사용하여 제작하였다.The microelectrode array consists of hundreds to thousands of electrodes within a limited size of the fovea (about 5 mm x 5 mm). Platinum and porous platinum have been used in the past, but now the charge injection capacity (CIC) is higher. It was fabricated using Iridium oxide.
이 때 마이크로전극의 낮은 표면 거칠기(roughness)는 전극 표면의 반사율을 높이는데, 이는 마이크로전극과 한 셀에 배치된 마이크로 포토다이오드의 효율을 낮추거나, 반사된 빛이 안구 내에 퍼져 빛 번짐을 유발하여 종합적으로 인공망막 장치의 성능을 떨어뜨리는 결과를 가져온다.At this time, the low surface roughness of the microelectrode increases the reflectance of the electrode surface, which lowers the efficiency of the microelectrode and the micro photodiode disposed in one cell, or the reflected light spreads in the eyeball and causes light blur. Overall, it results in lowering the performance of the artificial retinal device.
인공망막 장치의 마이크로전극은 망막내의 시세포를 전류로 자극해야 하므로 황반에 위치하며, 따라서 안구 내로 입사된 빛에 정면으로 노출된 구조이다. 따라서 안구 내로 입사된 빛이 (증착 공정으로 제작되어 표면 거칠기가 낮은) 마이크로전극에 반사되어 안구 내에 퍼지므로 인공망막 장치 구동과정에서 일종의 블러(blur) 현상을 유발할 수 있다.The microelectrodes of the artificial retina device are located in the macula because photocells in the retina must be stimulated with an electric current, and thus have a structure exposed to the light incident into the eyeball. Therefore, light incident into the eyeball is reflected by the microelectrode (manufactured by a deposition process and has a low surface roughness) and spreads within the eyeball, which may cause a kind of blur during the operation of the artificial retinal device.
도 1은 대표적인 인공망막의 마이크로전극을 안구에 삽입한 사진이며, 그림에서 볼 수 있듯이 마이크로전극 표면에서의 빛 반사가 높은 것을 육안으로 확인할 수 있다. 1 is a photograph of a typical artificial retina microelectrode inserted into the eye.
따라서 마이크로전극 표면의 반사율을 낮추기 위한 다양한 방법들을 시도되고 있으며, 주로 전극 재료 증착 시 조건을 변경하여 나노구조를 형성함에 따른 빛의 산란을 유도하는 방법이 사용된다.Therefore, various methods for lowering the reflectance of the microelectrode surface have been tried, and mainly a method of inducing scattering of light by changing the conditions during electrode material deposition to form a nanostructure is used.
MEA는 MEMS 공정으로 제작할 수밖에 없으며, MEMS 공정에서 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD), 물리기상증착(physical vapor deposition) 등의 방법으로 전극 물질을 대상 위치 상에 증착한다.The MEA has no choice but to be manufactured using the MEMS process, and in the MEMS process, an electrode material is deposited on a target location by methods such as chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition.
따라서 대부분 Pt, Au, IrOx 등의 전도성, 안정성, 생체적합성, 내부식성 등이 훌륭한 귀금속의 증착과정에서 증착 조건의 변경을 통해 나노입자 형태로 증착이 되는 방법들을 사용한다.Therefore, in the deposition process of noble metals with excellent conductivity, stability, biocompatibility, and corrosion resistance such as Pt, Au, IrOx, etc., methods of depositing in the form of nanoparticles are used by changing the deposition conditions.
과거 Pt 또는 porous Pt 가 전극으로 많이 사용되었으나, 현재는 IrOx가 빛을 잘 흡수하는 검은색이고 생체적합성을 가지면서 Pt 보다 더 높은 CIC를 가지는 것이 알려져 대부분 IrOx를 사용하여 전극을 제작한다.In the past, Pt or porous Pt was widely used as an electrode, but now it is known that IrOx has a black color that absorbs light well, has biocompatibility, and has a higher CIC than Pt, and most electrodes are manufactured using IrOx.
2021년 6월 현재 IrOx는 Pt 보다 약 5배 높은 가격이며, sputtering 을 위한 IrOx 타겟가격만 수천만 원 단위로 쉽게 접근할 수 없는 금액이므로 IrOx를 대체하여 Pt의 나노구조화를 통해 반사방지 및 높은 CIC 를 내기 위한 방법이 연구되고 있다.As of June 2021, IrOx is about 5 times higher than Pt, and the target price of IrOx for sputtering is in the tens of millions of won, so it is not easily accessible. Methods for betting are being studied.
도 2는 전극물질 증착 방법으로 제작할 수 있는 대표적인 나노구조화 전극 형상을 보여주는 전자현미경 사진이며 나노그라스, 나노파티클, 나노꽃 등의 형상이 있다. 이러한 형태의 나노구조화 전극은 표면 형태가 랜덤하며, 나노구조로 인한 빛의 산란으로 전극 표면의 반사율을 감소시킬 수 있으나 한계가 있고, 기계적 강성이 약할 수 밖에 없다(Singh, Jogender, and Douglas Edward Wolfe. "Review Nano and macro-structured component fabrication by electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD)." Journal of materials Science 40.1 (2005): 1-26.).FIG. 2 is an electron micrograph showing a typical nanostructured electrode shape that can be manufactured by an electrode material deposition method, and has shapes such as nanograss, nanoparticles, and nanoflowers. This type of nanostructured electrode has a random surface shape, and can reduce the reflectance of the electrode surface due to light scattering due to the nanostructure, but it has limitations and has weak mechanical rigidity (Singh, Jogender, and Douglas Edward Wolfe). “Review Nano and macro-structured component fabrication by electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD).” Journal of materials Science 40.1 (2005): 1-26.).
따라서, 반사율 감소에 한계를 가지는 광 산란 방식의 기존 나노구조화 전극의 단점을 극복함과 동시에, 높은 CIC를 가지고 보다 저렴하게 제조 가능한 새로운 구조의 전극을 가지는 인공망막 장치에 개발이 요구된다.Therefore, it is required to develop an artificial retina device having an electrode of a new structure that can be manufactured more inexpensively with a high CIC while overcoming the disadvantages of the conventional nanostructured electrode of the light scattering method having a limit in reducing the reflectance.
본 발명의 일 측면에서의 목적은 우수한 반사방지 성능을 가지는 전극을 포함하는 인공망막 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an artificial retina device including an electrode having excellent antireflection performance.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention
안구 내에 삽입되는 기판; 및a substrate inserted into the eyeball; and
상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극하는 복수 개의 전극;a plurality of electrodes provided on the substrate and configured to stimulate retinal nerve cells in response to external visual information projected onto the retina;
을 포함하는 인공망막 장치로,As an artificial retina device comprising a,
상기 전극의 표면은 복수 개의 나노 필라 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치가 제공된다.The surface of the electrode is provided with an artificial retina device, characterized in that it includes a plurality of nano-pillar structures.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 전극의 반사율을 낮출 수 있으며, 이에 따라 전극으로 도달한 빛이 안구 내에 반사되어 블러 현상을 만들지 않기 때문에 인공망막의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.The artificial retina device provided in one aspect of the present invention can lower the reflectance of the electrode, and thus the performance of the artificial retina can be further improved because light reaching the electrode is reflected in the eye and does not create a blur phenomenon.
또한, 미리 설계된 방식으로 전극 표면의 나노 구조화를 수행하기에, 나노 구조의 재현성이 높다는 이점이 있다.In addition, since nano-structuring of the electrode surface is performed in a pre-designed manner, there is an advantage in that the reproducibility of the nano-structure is high.
도 1은 기존의 인공망막 장치들의 마이크로 전극 어레이에서의 빛 반사를 보여주는 이미지이고,
도 2는 전극 물질 증착 방법으로 제작할 수 있는 종래의 나노구조화 전극을 보여주는 이미지들이고,
도 3은 종래의 기술에 따라 나노구조화된 전극 표면의 이미지 및 이에 따른 반사율 측정 결과를 보여주는 것이고,
도 4는 종래의 나노구조화된 전극(a) 및 본원발명의 일 실시예에 따른 전극(b)을 보여주는 모식도이고,
도 5는 종래의 나노구조화된 전극(a) 및 본원발명의 일 실시예에 따른 전극(b)의 형상에 따른 굴절률(refractive index)을 보여주는 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극을 제조하기 위한 다양한 제조방법을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예의 전극에 적용될 수 있는 나노 필라 구조의 전자현미경 이미지(a) 및 육안으로 볼 수 있는 실제 이미지(b)를 나타낸 것이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예의 전극에 적용될 수 있는 나노 필라 구조의 종횡비에 따른 반사율 측정 결과를 나타내는 이미지이다.1 is an image showing light reflection in a microelectrode array of conventional artificial retinal devices,
2 is an image showing a conventional nanostructured electrode that can be manufactured by an electrode material deposition method,
3 shows an image of a nanostructured electrode surface according to the prior art and reflectance measurement results accordingly;
4 is a schematic diagram showing a conventional nanostructured electrode (a) and an electrode (b) according to an embodiment of the present invention,
5 is a graph showing a refractive index according to the shape of a conventional nanostructured electrode (a) and an electrode (b) according to an embodiment of the present invention;
6 schematically shows various manufacturing methods for manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention;
7 shows an electron microscope image (a) of a nanopillar structure that can be applied to an electrode of an embodiment of the present invention and an actual image (b) that can be seen with the naked eye;
8 is an image illustrating a reflectance measurement result according to an aspect ratio of a nanopillar structure that can be applied to an electrode according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the exemplary embodiments. The same reference numerals provided in the respective drawings indicate members that perform substantially the same functions.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Objects and effects of the present invention can be naturally understood or made clearer by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 일 측면에서In one aspect of the invention
안구 내에 삽입되는 기판; 및a substrate inserted into the eyeball; and
상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극하는 복수 개의 전극;a plurality of electrodes provided on the substrate and configured to stimulate retinal nerve cells in response to external visual information projected onto the retina;
을 포함하는 인공망막 장치로,As an artificial retina device comprising a,
상기 전극의 표면은 복수 개의 나노 필라 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치가 개시된다.An artificial retina device is disclosed, wherein the surface of the electrode includes a plurality of nanopillar structures.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the artificial retina device provided in one aspect of the present invention will be described in detail for each configuration.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 기판을 포함한다.First, the artificial retina device provided in one aspect of the present invention includes a substrate.
상기 기판은 안구 내에 삽입된다.The substrate is inserted into the eyeball.
상기 인공망막 장치가 서브형 인공망막 장치인 경우, 상기 기판은 망막의 서브(subretinal)에 배치될 수 있으며, 상기 인공망막 장치가 에피형 인공망막 장치인 경우, 상기 기판은 망막의 에피층(epiretinal)에 배치될 수 있다.When the artificial retina device is a sub-type artificial retina device, the substrate may be disposed on a sub (subretinal) of the retina, and when the artificial retina device is an epi-type artificial retina device, the substrate is an epi layer of the retina ) can be placed in
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 복수 개의 전극을 포함한다.Next, the artificial retina device provided in one aspect of the present invention includes a plurality of electrodes.
상기 복수 개의 전극은 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극할 수 있다.The plurality of electrodes may stimulate retinal nerve cells in response to external visual information projected onto the retina.
상기 인공망막 장치가 서브형 인공망막 장치인 경우, 외부의 시각 정보 또는 카메라로 수집하여 이미지 프로세싱된 시각 정보에 의한 광을 수신하여 복수 개의 포토다이오드가 전기 신호를 발생하며, 이에 따라 이에 대응되는 전극이 이 전기 신호를 양극 세포를 직접 자극하며, 이를 통해 신호를 망막신경세포에 전달함으로써 망막신경세포를 자극할 수 있다.When the artificial retina device is a sub-type artificial retina device, a plurality of photodiodes generates electrical signals by receiving external visual information or light based on image-processed visual information collected by a camera, and thus corresponding electrodes This electrical signal directly stimulates the bipolar cells, and through this, the retinal nerve cells can be stimulated by transmitting the signal to the retinal nerve cells.
상기 인공망막 장치가 에피형 인공망막 장치인 경우, 카메라가 전방의 시각 정보를 캡쳐하여 이미지 프로세싱을 거친 후 단순화된 패턴의 시각정보를 이에 대응하는 각 전극에 전기 신호로 전송하여 망막신경세포를 직접 자극하게 된다.When the artificial retina device is an epi-type artificial retina device, the camera captures the front visual information, undergoes image processing, and then transmits the visual information of the simplified pattern to the corresponding electrodes as an electrical signal to directly transmit the retinal nerve cells. will stimulate
상기 전극은 표면에 복수 개의 나노 필라 구조를 포함한다.The electrode includes a plurality of nanopillar structures on the surface.
상기 나노 필라 구조는 상기 기판에 대하여 수직한 방향으로 연장되는 형태일 수 있다.The nanopillar structure may have a shape extending in a direction perpendicular to the substrate.
일 실시예에서, 상기 전극은 상기 기판과 접촉하는 제1 금속층 및 상기 제1 금속층 상에 위치하며, 복수 개의 나노 필라 구조를 포함하는 제2 금속층을 포함할 수 있다.In an embodiment, the electrode may include a first metal layer in contact with the substrate and a second metal layer disposed on the first metal layer and including a plurality of nanopillar structures.
상기 제2 금속층은 상기 제2 금속층과 접하는 베이스부 및 상기 베이스부 상에 형성된 복수 개의 나노 필라 구조를 포함할 수 있다.The second metal layer may include a base portion in contact with the second metal layer and a plurality of nanopillar structures formed on the base portion.
상기 제1 금속층은 알루미늄, 금, 백금 및 구리 등 고전도성 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 인공망막의 자극전극 칩을 CMOS 센서로 제작할 경우 전형적인 패드(PAD)로서 알루미늄이 바람직할 수 있다.The first metal layer may include at least one material selected from the group consisting of highly conductive metals such as aluminum, gold, platinum, and copper. When the stimulation electrode chip of the artificial retina is manufactured as a CMOS sensor, aluminum may be preferable as a typical pad (PAD).
상기 제2 금속층은 백금, 금, 이리듐 및 이리듐 옥사이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 경제적인 측면을 고려할 때, 백금이 바람직할 수 있다.The second metal layer may include at least one material selected from the group consisting of platinum, gold, iridium, and iridium oxide. For economic considerations, platinum may be preferable.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 구조를 도 4를 참고하여 보다 상세히 설명한다.The structure of the electrode according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 4 .
도 4의 (b-1)은 도 4의 (b)를 확대한 모습이며, 여기서의 d, h, l, w, λ 는 각각 나노 필라 구조의 직경, 베이스부의 높이, 나노 필라 구조의 길이, 나노 필라 구조 사이의 간격, 빛의 파장을 의미하며, 나노 필라 구조의 직경, d, 빛의 파장, λ, Effective refractive Index, n eff 와의 관계는 다음과 같다.4 (b-1) is an enlarged view of FIG. 4 (b), where d, h, l, w, and λ are the diameter of the nanopillar structure, the height of the base, the length of the nanopillar structure, The distance between the nanopillar structures means the wavelength of light, and the relationship between the diameter of the nanopillar structure, d, the wavelength of light, λ, and the effective refractive index, n eff is as follows.
<수학식 1><
여기서, 나노 필라의 직경인 d 가 빛의 파장 λ의 1/2을 초과하지 않을 때까지 굴절률(refractive index)은 점진적으로 증가하여 공기의 RI와 같은 1에 이르기 때문에 반사방지 효과를 가지게 된다.Here, the refractive index gradually increases until the diameter d of the nanopillars does not exceed 1/2 of the wavelength λ of the light, reaching 1 equal to the RI of air, and thus has an antireflection effect.
상기 나노 필라 구조의 직경은 100 nm 내지 800 nm일 수 있으며, 바람직하게는 150 nm 내지 700 nm일 수 있다.The nanopillar structure may have a diameter of 100 nm to 800 nm, preferably 150 nm to 700 nm.
400 nm 내지 700 nm 파장의 가시광선을 이용할 경우, 나노 필라 구조의 직경은 200 nm 내지 350 nm임이 바람직하고, 700 nm 내지 1200 nm 파장의 적외선을 이용할 경우, 나노 필라 구조의 직경은 350 nm 내지 600 nm 임이 바람직하다.When visible light having a wavelength of 400 nm to 700 nm is used, the diameter of the nanopillar structure is preferably 200 nm to 350 nm, and when infrared light having a wavelength of 700 nm to 1200 nm is used, the diameter of the nanopillar structure is 350 nm to 600 nm nm is preferred.
상기 나노 필라 구조의 종횡비라고 칭할 수 있는 나노 필라 구조의 직경(d) 및 길이(l)의 비(d:l)는 1:1 내지 1:4임이 바람직하다.The ratio ( d:l ) of the diameter ( d ) to the length ( l ) of the nanopillar structure, which can be referred to as the aspect ratio of the nanopillar structure, is preferably 1:1 to 1:4.
상기 나노 필라 구조의 종횡비가 1:1 미만일 경우, 나노 필라에 의한 점진적 RI의 변화보다는 일반 나노구조물과 같이 산란을 유도할 가능성이 크다는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 나노 필라 구조의 종횡비가 1:4를 초과할 경우, 반데르발스 인력에 의해 나노 필라 상부가 뭉쳐서 붙는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 나노 필라 구조의 종횡비가 1:4를 초과할 경우, 나노 필라 구조가 손상되거나 나노 필라 구조에 의해 생체 조직이 손상될 수 있다는 문제점 또한 발생할 수 있다.When the aspect ratio of the nanopillar structure is less than 1:1, there may be a problem that scattering is more likely to be induced like a general nanostructure rather than a gradual change in RI due to the nanopillars, and the aspect ratio of the nanopillar structure is 1:4 If it exceeds, the upper part of the nanopillars may stick together due to van der Waals attraction. In addition, when the aspect ratio of the nanopillar structure exceeds 1:4, the nanopillar structure may be damaged or a biological tissue may be damaged by the nanopillar structure.
상기 복수의 나노 필라 구조는 빛의 흡수를 위하여 제작되지만, 그 아래에 존재하는 베이스부는 전극으로의 기능 및 제1 금속층을 캡슐화(encapsulation)하는 역할도 수행할 수 있다.Although the plurality of nanopillar structures are manufactured for absorbing light, the base portion existing thereunder may also function as an electrode and encapsulate the first metal layer.
이에 베이스부의 높이 h는 나노 필라 구조의 길이 l보다 두꺼운 것이 바람직하며, 증착 공정으로 제조될 수 있음을 고려할 때, 나노 필라 구조의 길이(l) 및 베이스부의 높이(h)의 비(l:h)는 1:1 내지 1:5인 것이 바람직하다.Accordingly, the height h of the base portion is preferably thicker than the length l of the nanopillar structure, and considering that it can be manufactured by a deposition process, the ratio ( l:h ) of the length (l) of the nanopillar structure to the height ( h ) of the base portion ) is preferably 1:1 to 1:5.
나노 필라 구조 사이의 간격 w 는 나노 필라 구조의 직경인 d와 같거나 작을 수 없으며, 2d를 초과할 경우 반사방지 효과가 감소할 수 있으므로, 상기 나노 필라 구조의 직경(d) 및 상기 복수 개의 나노 필라 구조 중 서로 인접한 두 나노 필라 구조 사이의 간격(w)의 비는 1:1 내지 1:2인 것이 바람직하다.The distance w between the nanopillar structures cannot be less than or equal to the diameter d of the nanopillar structure, and when it exceeds 2d , the antireflection effect may decrease, so the diameter ( d ) of the nanopillar structure and the plurality of Among the nanopillar structures, the ratio of the spacing w between two adjacent nanopillar structures is preferably 1:1 to 1:2.
또한, 나노 필라 구조의 길이(l)의 조절을 통하여, 표면적의 조절이 가능하며, 나노 필라 구조의 길이가 0 ~ 1400 nm로 변화할 때, 마이크로전극의 CIC(Charge Injection Capacity)는 50 ~ 150 μC/cm2으로 조절될 수 있다.In addition, by controlling the length ( l ) of the nanopillar structure, the surface area can be controlled. When the length of the nanopillar structure is changed from 0 to 1400 nm, the CIC (Charge Injection Capacity) of the microelectrode is 50 to 150 μC/cm 2 can be adjusted.
마이크로전극 어레이의 표면 거칠기가 낮을 경우 망막세포와 박리가 발생할 수 있는데, 본 발명에 따라 나노 필라 구조를 가지는 전극은 반사 방지 효과가 있을 뿐만 아니라, 마이크로전극 어레이의 표면적을 증가시켜 망막세포와의 접촉면적을 향상 시키며, 앵커(anchor) 역할을 하여 박리를 막는 효과를 기대할 수도 있다.When the surface roughness of the microelectrode array is low, retinal cells and detachment may occur. The electrode having a nanopillar structure according to the present invention not only has an antireflection effect but also increases the surface area of the microelectrode array to contact retinal cells. The area can be improved, and the effect of preventing delamination by acting as an anchor can be expected.
즉, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 전극 표면의 나노 구조를 기존의 기술과 같이 랜덤하게 형성하는 것이 아니라, 가시광선의 파장, 전하주입 용량 등을 고려하여 보다 세밀하게 설계된 것일 수 있다.That is, the artificial retina device provided in one aspect of the present invention does not randomly form the nanostructure on the electrode surface as in the conventional technology, but it may be designed more precisely in consideration of the wavelength of visible light, charge injection capacity, etc. .
본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 반사 방지 원리를 도 5를 통하여 보다 상세히 설명한다.A principle of preventing reflection of an electrode according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 5 .
도 5는 기존의 나노 구조화 전극(a) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 필라 구조가 형성된 전극(b)의 굴절률(refractive index)의 변화를 보여주는 도면이다.5 is a view showing changes in refractive index of the conventional nano-structured electrode (a) and the electrode (b) having a nano-pillar structure according to an embodiment of the present invention.
도 5의 (a)와 같이 나노 파티클 구조만 있는 전극의 경우 굴절 계수의 변화가 극단적으로 증가하는 구간이 발생하며, 이 구간이 반사가 일어나는 구간이 된다.In the case of an electrode having only a nanoparticle structure as shown in (a) of FIG. 5 , a section in which the change of the refractive index is extremely increased occurs, and this section becomes a section in which reflection occurs.
반면, 본 발명의 일 실시예와 같이 나노 필라 구조가 형성된 도 5의 (b)의 경우, 점진적인 굴절계수의 변화를 나노 필라 구조의 어레이를 통해 유도할 수 있으며, 이 때 반사가 일어나지 않기 때문에 극단적인 저반사 전극 표면을 구현할 수 있게 된다.On the other hand, in the case of FIG. 5 (b) in which the nanopillar structure is formed as in the embodiment of the present invention, a gradual change in the refractive index can be induced through the array of the nanopillar structure. It becomes possible to implement a low-reflection electrode surface.
상기 나노 필라 구조는 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 이러한 방법들의 예시를 도 6에 모식적으로 나타낸다.The nanopillar structure may be formed by various methods, and an example of these methods is schematically shown in FIG. 6 .
도 6에 나타난 바와 같이, 제1 금속층 상에 제2 금속층 물질을 증착 후에 포토레지스트, 콜로이달 크리스탈, 메탈 나노스트럭쳐 등을 식각 마스크로 사용하여 증착된 제2 금속층 물질을 식각할 수 있다.As shown in FIG. 6 , after depositing the second metal layer material on the first metal layer, the deposited second metal layer material may be etched using a photoresist, colloidal crystal, metal nanostructure, or the like as an etch mask.
이에 따라 식각 후 식각 마스크를 제거함으로써 나노 필라 구조 어레이를 형성할 수 있다.Accordingly, a nanopillar structure array may be formed by removing the etching mask after etching.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Experimental Examples. The scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art will understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
<실시예><Example>
CMOS 칩 등 인공망막 신경 자극 칩 상에 알루미늄 패드를 형성하였으며, 백금 증착 후, 식각 마스크를 이용하여 백금을 식각하였으며, 그 결과 도 4의 (b)와 같이 알루미늄 패드 상에 백금으로 이루어진 수직 나노 필라 구조를 형성하였다.An aluminum pad was formed on an artificial retinal nerve stimulation chip such as a CMOS chip, and after platinum was deposited, platinum was etched using an etching mask. As a result, vertical nanopillars made of platinum on an aluminum pad as shown in FIG. structure was formed.
이 때, 나노 필라 구조의 직경은 약 180 nm 이며, 도 4 (b-1)에서 d:l로 표현될 수 있는 나노 필라 구조의 직경비가 1:0.5, 1:3, 1:9, 1:14로 각각 상이하도록 나노 필라 구조의 길이를 설정하여 나노 필라 구조를 형성하였다.At this time, the diameter of the nanopillar structure is about 180 nm, and the diameter ratio of the nanopillar structure, which can be expressed as d: 1 in FIG. 4(b-1), is 1:0.5, 1:3, 1:9, 1: The nanopillar structure was formed by setting the length of the nanopillar structure to be different from 14.
<비교예><Comparative example>
도 3과 같이 일반 백금 및 표면에 다공성부가 형성된 백금을 준비하였다.As shown in FIG. 3, plain platinum and platinum having a porous portion formed on the surface were prepared.
<실험예 1> 실시예 전극의 모폴로지 분석<Experimental Example 1> Morphology Analysis of Example Electrodes
도 7의 (a)는 실시예 1에 따라 백금으로 코팅된 수직 나노 필라 구조 어레이의 전자현미경 이미지를 확인할 수 있다. 이를 살펴보면 1:9와 1:14는 반데르발스 인력으로 인해 나노 필라의 상부가 서로 뭉쳐 군집형태를 이룬다는 것을 확인할 수 있다.7A shows an electron microscope image of a vertical nanopillar structure array coated with platinum according to Example 1. Referring to FIG. Looking at this, it can be confirmed that in 1:9 and 1:14, the upper parts of the nanopillars are agglomerated with each other to form a cluster due to van der Waals attraction.
또한, 도 7의 (b)는 육안으로 살펴본 실시예 1의 백금으로 코팅된 수직 나노 필라 구조 어레이의 실제 이미지로, 나노 필라 구조의 종횡비가 1:0.5인 경우를 제외하고는 입사각에 관계 없이 빛의 반사가 매우 적어 표면이 검은색을 띄는 것을 확인할 수 있다.In addition, (b) of FIG. 7 is an actual image of the platinum-coated vertical nanopillar structure array of Example 1 observed with the naked eye, irrespective of the incident angle, except when the aspect ratio of the nanopillar structure is 1:0.5. It can be seen that the reflection of the surface is very low and the surface is black.
<실험예2> 반사율 측정<Experimental Example 2> Reflectance measurement
실시예 1의 수직 나노 필라 구조 어레이에 대하여, 반사율을 측정하여 도 8에 나타내었다.With respect to the vertical nanopillar structure array of Example 1, the reflectance was measured and shown in FIG. 8 .
도 8에서 (a)는 나노 필라 구조의 종횡비가 1:0.5, (b)는 1:3, (c)는 1:9, (d)는 1:14인 경우에 대하여 측정한 것이다. In FIG. 8, (a) shows an aspect ratio of the nanopillar structure of 1:0.5, (b) is 1:3, (c) is 1:9, and (d) is 1:14.
도 8의 (a)에서 확인할 수 있듯이 종횡비 1:0.5에서의 최대 반사율은 26.9로 black Pt 보다 낮은 것을 알 수 있으며, 최저 반사율은 7.18이다.As can be seen in (a) of FIG. 8 , the maximum reflectance at an aspect ratio of 1:0.5 is 26.9, which is lower than that of black Pt, and the lowest reflectance is 7.18.
또한, 종횡비가 1:3, 1:9, 1:14인 경우 거의 0에 가까운 매우 낮은 반사율을 갖는다는 것을 확인할 수 있으며, 특히 1:14인 경우 최저 반사율은 0.11로 반사율이 매우 낮다는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the aspect ratios of 1:3, 1:9, and 1:14 have a very low reflectance close to 0. In particular, in the case of 1:14, the lowest reflectance is 0.11, which shows that the reflectance is very low. can
반면, 비교예 1과 같이 순수한 백금 및 표면에 다공성부가 형성된 백금에 대하여 반사율을 측정하여 비교하였다(도 3).On the other hand, as in Comparative Example 1, the reflectance was measured and compared with respect to pure platinum and platinum having a porous portion formed on the surface (FIG. 3).
백금 표면에 다공성부가 형성된 경우, 다공성부가 형성되지 않은 백금에 비하여 반사율이 감소한다는 것을 도 3을 통하여 확인할 수 있으나, 감소된 반사율은 30% 정도에 불과한 바, 실시예의 반사 방지 효과에 미치지 못함을 확인할 수 있다.When the porous part is formed on the surface of the platinum, it can be confirmed through FIG. 3 that the reflectance is reduced compared to the platinum in which the porous part is not formed, but the reduced reflectance is only about 30%, so it is confirmed that it does not reach the anti-reflection effect of the embodiment can
10 제1 금속층
20 제2 금속층
21 베이스부
22 나노 필라 구조
100 전극10 first metal layer
20 second metal layer
21 base
22 nanopillar structure
100 electrodes
Claims (8)
상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극하는 복수 개의 전극;
을 포함하는 인공망막 장치로,
상기 전극의 표면은 복수 개의 나노 필라 구조를 포함하고,
상기 나노 필라 구조의 직경(d) 및 길이(l)의 비(d:l)는 1:1 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
a substrate inserted into the eyeball; and
a plurality of electrodes provided on the substrate and configured to stimulate retinal nerve cells in response to external visual information projected onto the retina;
As an artificial retina device comprising a,
The surface of the electrode includes a plurality of nanopillar structures,
The artificial retina device, characterized in that the ratio (d:l) of the diameter (d) and the length (l) of the nanopillar structure is 1:1 to 1:4.
상기 전극은
상기 기판과 접촉하는 제1 금속층; 및
상기 제1 금속층 상에 위치하며, 복수 개의 나노 필라 구조를 포함하는 제2 금속층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
According to claim 1,
the electrode is
a first metal layer in contact with the substrate; and
a second metal layer disposed on the first metal layer and including a plurality of nanopillar structures;
Artificial retina device comprising a.
상기 나노 필라 구조의 직경은 100 nm 내지 800 nm인 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
According to claim 1,
The artificial retina device, characterized in that the nano-pillar structure has a diameter of 100 nm to 800 nm.
상기 제2 금속층은
상기 제2 금속층과 접하는 베이스부; 및
상기 베이스부 상에 형성된 복수 개의 나노 필라 구조;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
3. The method of claim 2,
The second metal layer is
a base portion in contact with the second metal layer; and
a plurality of nano-pillar structures formed on the base part;
Artificial retina device comprising a.
상기 나노 필라 구조의 길이(l) 및 베이스부의 높이(h)의 비(l:h)는 1:1 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
6. The method of claim 5,
The artificial retina device, characterized in that the ratio (l:h) of the length (l) of the nanopillar structure and the height (h) of the base part is 1:1 to 1:5.
상기 나노 필라 구조의 직경(d) 및 상기 복수 개의 나노 필라 구조 중 서로 인접한 두 나노 필라 구조 사이의 간격(w)의 비는 1:1 내지 1:2인 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
According to claim 1,
The artificial retina device, characterized in that the ratio of the diameter (d) of the nanopillar structure and the distance (w) between two adjacent nanopillar structures among the plurality of nanopillar structures is 1:1 to 1:2.
상기 제1 금속층은 알루미늄, 금, 백금 및 구리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 제2 금속층은 백금, 금, 이리듐 및 이리듐 옥사이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
3. The method of claim 2,
The first metal layer includes at least one material selected from the group consisting of aluminum, gold, platinum and copper,
The second metal layer is an artificial retina device, characterized in that it comprises at least one material selected from the group consisting of platinum, gold, iridium and iridium oxide.
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