一種視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，包含體外控制器、體外連接電纜、體外發(fā)射天線、體內(nèi)接收器、體內(nèi)連接電纜和視覺刺激芯片，視覺刺激芯片為光敏芯片，放置在視網(wǎng)膜內(nèi)膜，產(chǎn)生的電信號直接刺激視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞。本發(fā)明具有直接并行刺激視神經(jīng)細(xì)胞、無需額外電信號轉(zhuǎn)換、可彎曲延展、與人眼原有的光學(xué)系統(tǒng)兼容性較好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種視網(wǎng)膜的視覺假體。
【背景技術(shù)】
[0002]視網(wǎng)膜感光細(xì)胞病變，例如視網(wǎng)膜色素變性、老化性黃斑病變，是后天致盲的重要原因，目前在醫(yī)學(xué)上尚無有效的治療方法。在這些致盲的病人中，相當(dāng)一部分雖然視網(wǎng)膜內(nèi)的感光細(xì)胞嚴(yán)重受損，但視神經(jīng)等電信號傳輸通道相對完好。如果能夠在視神經(jīng)的前端位置，植入電子器件，產(chǎn)生與人體視神經(jīng)系統(tǒng)相兼容、反應(yīng)入射光強(qiáng)分布的電信號，這樣就形成了等效的視覺假體，可以讓視網(wǎng)膜感光細(xì)胞病變的盲人產(chǎn)生一定程度的等效視覺，大大改善這些病人的生活質(zhì)量。
[0003]目前，視網(wǎng)膜視覺假體的主要分為以下兩大類:一、視網(wǎng)膜內(nèi)膜(Epiretinal)視覺假體，以美國Second Sight Medical公司生產(chǎn)的百眼巨人二代(ARGUS II)為代表。它包括外置攝像頭、外置處理和供能單元、外置串行電纜、外置發(fā)送天線、體內(nèi)接收天線、體內(nèi)串行電纜、體內(nèi)處理和供能單元和刺激電極陣列等。外置攝像頭將外界的光信號轉(zhuǎn)換成代表圖像分布的電信號，電信號在外置處理和供電單元的控制下通過一根串行電纜傳送到外置發(fā)送天線，外置發(fā)送天線以無線的方式將能量和代表圖像的串行信號發(fā)送到體內(nèi)，體內(nèi)接收天線接收能量和代表圖像的串行信號，在內(nèi)置接收器電路的控制下通過體內(nèi)串行電纜發(fā)送到位于視網(wǎng)膜內(nèi)膜的刺激電極陣列，并轉(zhuǎn)換為刺激電極陣列的并行電信號?，F(xiàn)有的視網(wǎng)膜內(nèi)膜視覺假體的主要優(yōu)點(diǎn)是:電極陣列直接接觸視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞，即使病人視網(wǎng)膜的其它類型的細(xì)胞(如感光細(xì)胞、雙極細(xì)胞、無長突細(xì)胞和水平細(xì)胞等)功能喪失，視網(wǎng)膜內(nèi)膜視覺假體原則上還能幫助病人產(chǎn)生視覺。存在的主要問題是:1.外置攝像頭拍攝的圖像信號，需要經(jīng)過并行-串行和串行-并行的兩次轉(zhuǎn)換，在相當(dāng)程度上造成了視覺假體電信號對外界光信號響應(yīng)的延遲。2.感光元件外置，病人不能重新利用人眼的光學(xué)系統(tǒng)(如玻璃體、瞳孔、睫狀肌等)實(shí)現(xiàn)對入射光場的反應(yīng)，和正常的人眼光學(xué)系統(tǒng)不兼容。
[0004]二、視網(wǎng)膜外膜(Subretinal)視覺假體，以德國Retina Implant公司生產(chǎn)的AlphaMS為代表。它包括外置處理和供能單元、外置發(fā)射天線、體內(nèi)接收天線、體內(nèi)控制和供能單元、視覺刺激芯片。視覺刺激芯片放置在感光細(xì)胞功能失效的視網(wǎng)膜外膜位置，包含的光電探測器、放大器和刺激電極的陣列，外界光信號通過眼睛原有的光學(xué)系統(tǒng)投射到視覺刺激芯片的位置，視覺刺激芯片中的光電探測器陣列并行地將光場分布轉(zhuǎn)化成圖像的電信號分布，放大器陣列放大光電探測器陣列的電信號，并通過電極陣列刺激視網(wǎng)膜的雙極細(xì)胞，然后電信號依次通過視網(wǎng)膜的無長突細(xì)胞和水平細(xì)胞，最終到達(dá)視神經(jīng)細(xì)胞?，F(xiàn)有的視網(wǎng)膜外膜視覺假體的主要優(yōu)勢是:1.與人眼原有的光學(xué)系統(tǒng)兼容性較好，由于視覺刺激芯片內(nèi)置在原有的視網(wǎng)膜位置，可以重新利用人眼的光學(xué)系統(tǒng)(如玻璃體、瞳孔、睫狀肌等)實(shí)現(xiàn)對入射光場的反應(yīng)。2.視覺刺激芯片直接將光場信號轉(zhuǎn)換成圖像電信號，直接、并行地刺激視網(wǎng)膜的相關(guān)細(xì)胞，避免了并行-串行和串行-并行等電信號轉(zhuǎn)換造成的反應(yīng)延遲。主要缺點(diǎn)是:對視網(wǎng)膜細(xì)胞的完整性要求較高，除了允許感光細(xì)胞功能失效以外，要求視網(wǎng)膜其他類型的細(xì)胞(如雙極細(xì)胞、無長突細(xì)胞和水平細(xì)胞等)功能完整，否則難以產(chǎn)生有效的視覺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述視覺假體存在的技術(shù)問題之一。
[0006]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體。本發(fā)明能夠直接并行刺激視神經(jīng)細(xì)胞、與人眼原有的光學(xué)系統(tǒng)兼容性較好。
[0007]為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例提出的一種視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，包含體外控制器、體外連接電纜、體外發(fā)射天線、體內(nèi)接收器、體內(nèi)連接電纜、和視覺刺激芯片，其特征在于:所述視覺刺激芯片為光敏芯片，放置在視網(wǎng)膜內(nèi)膜的位置，產(chǎn)生的電信號直接刺激視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞。
[0008]本發(fā)明實(shí)施例提出的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，將光敏視覺刺激芯片放置在視網(wǎng)膜內(nèi)膜的位置，產(chǎn)生的電信號直接刺激視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞，由此能夠直接并行刺激視神經(jīng)細(xì)胞、無需額外電信號轉(zhuǎn)換、可彎曲延展、與人眼原有的光學(xué)系統(tǒng)兼容性較好。
[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0010]在一些示例中，所述視覺刺激芯片為包含多個光控電脈沖發(fā)生器的二維陣列器件，其中，每個所述光控電脈沖發(fā)生器根據(jù)入射光產(chǎn)生與視神經(jīng)兼容的電脈沖信號，照射到所述光控電脈沖發(fā)生器的光越強(qiáng)，產(chǎn)生的所述電脈沖信號的頻率越高。
[0011]在一些示例中，所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器包括:光電探測器，將入射光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，入射光越強(qiáng)，所述光電探測器的輸出電壓變化越快;施密特觸發(fā)器，以所述光電探測器的輸出電壓作為輸入電壓，輸出相應(yīng)的觸發(fā)電壓作為所述光控電脈沖發(fā)生器的輸出；電壓控制電流源，根據(jù)所述施密特觸發(fā)器的輸出電壓對所述光電探測器兩端進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)對所述光電探測器的輸出電壓的反饋控制;刺激電極，一端連接所述施密特觸發(fā)器的輸出端，另一端直接接觸視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞。
[0012]在一些示例中，所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的光電探測器、施密特觸發(fā)器和電壓控制電流源的功能層為無機(jī)半導(dǎo)體和金屬材料，在無機(jī)半導(dǎo)體襯底制作完畢后轉(zhuǎn)移到柔性襯底上。
[0013]在一些示例中，所述視覺刺激芯片、體內(nèi)連接電纜、體內(nèi)控制器由柔性、耐腐蝕材料襯底密封，所述視覺刺激芯片的形狀可以根據(jù)視網(wǎng)膜的形狀進(jìn)行彎曲延展。所述體內(nèi)控制器由柔性、耐腐蝕材料密封，形成類似膠囊的形狀。
[0014]在一些示例中，所述視覺刺激芯片由兩片柔性、透明、耐腐蝕材料襯底密封，其中所述光電探測器、施密特觸發(fā)器和電壓控制電流源位于其中一片襯底的內(nèi)表面，所述另一片襯底打孔，所述刺激電極陣列填充所述另一片襯底的孔陣列，一端和施密特觸發(fā)器陣列的輸出端接觸，另一端和視神經(jīng)接觸。
[0015]在一些示例中，所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的施密特觸發(fā)器由不超過6個場效應(yīng)管組成，電壓控制電流源由不超過2個場效應(yīng)管組成。
[0016]在一些示例中，所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的功能層為硅半導(dǎo)體及金屬電極，在硅襯底上制作，所述硅襯底和所述光控電脈沖發(fā)生器的功能層之間有硅的氮氧化物作為轉(zhuǎn)移工藝的犧牲層。
[0017]在一些示例中，所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的光探測器的功能層為GaAs基外延層及金屬電極，在GaAs襯底上制作，所述GaAs襯底和所述光電探測器的GaAs基外延層之間有AlAs作為轉(zhuǎn)移工藝的犧牲層。
[0018]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0019]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0020]圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體的系統(tǒng)框圖和視覺刺激芯片的結(jié)構(gòu)示意圖及在視網(wǎng)膜中的相對位置；
[0021]圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的原理性電路圖；
[0022]圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的一種可能的MOS級電路圖；
[0023]圖4是本發(fā)明另一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的一種可能的MOS級電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]下面參考附圖描述本發(fā)明實(shí)施例的光控電脈沖發(fā)生器陣列器件。
[0026]圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體的系統(tǒng)框圖和視覺刺激芯片的結(jié)構(gòu)示意圖及在視網(wǎng)膜中的相對位置；
[0027]本發(fā)明提出的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，包含體外控制器1、體外連接電纜2、體外發(fā)射天線3、體內(nèi)接收器4、體內(nèi)連接電纜5和視覺刺激芯片6。7為視網(wǎng)膜，所包含的7a、7b、7c、7(1、76、7178和711分別為視網(wǎng)膜中的視神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、無長突細(xì)胞、雙極細(xì)胞、水平細(xì)胞、視錐細(xì)胞、視桿細(xì)胞和色素上皮細(xì)胞。其中體外控制器I的作用是調(diào)節(jié)視覺刺激芯片6的電信號參數(shù)，如輸出電壓的幅度、脈寬，視覺刺激芯片的頻率隨外界光強(qiáng)的敏感度等，并且負(fù)責(zé)向整個視覺假體提供能量。體外控制器的信號和能量，通過體外連接電纜傳送到體外發(fā)射天線，體外發(fā)射天線通過植入皮下的磁鐵固定在眼眶骨外的表皮上，以無線的方式發(fā)送控制電信號和能量。體內(nèi)接收器植入到視網(wǎng)膜內(nèi)膜，負(fù)責(zé)接收控制電信號和能量，并通過體內(nèi)連接電纜連接到光敏的視覺刺激芯片。
[0028]視覺刺激芯片包含10?100000個的光控電脈沖發(fā)生器，每個光控電脈沖發(fā)生器包含光電探測器6a、施密特觸發(fā)器、電壓控制電流源和刺激電極6b。視覺刺激芯片放置在感光細(xì)胞功能喪失的視網(wǎng)膜的內(nèi)膜區(qū)域，光電探測器陣列正對入射光，刺激電極陣列背對入射光并和視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)7a直接接觸。外界場景的亮度分布，通過眼睛原有的光學(xué)系統(tǒng)穿過視網(wǎng)膜到達(dá)視覺刺激芯片。視覺刺激芯片通過光電探測器、施密特觸發(fā)器和電壓控制電流源，將外界場景的亮度分布圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榕c神經(jīng)動作電位兼容的電脈沖頻率的分布圖像，亮度越高的位置，對應(yīng)的電脈沖頻率越高。視覺刺激芯片的輸出電脈沖的電壓幅度、脈寬以及輸出頻率隨光強(qiáng)的敏感度，由體外控制器控制。視覺刺激芯片的輸出電脈沖直接作用到視網(wǎng)膜中的視神經(jīng)細(xì)胞7a，即使病人的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞7b、無長突細(xì)胞7c、雙極細(xì)胞7d、水平細(xì)胞7e、視錐細(xì)胞7f、視桿細(xì)胞7g和色素上皮細(xì)胞7h功能喪失，本視覺假體仍能產(chǎn)生等效的視覺信號。
[0029 ]視覺刺激芯片、體內(nèi)傳輸電纜由柔性、耐腐蝕材料襯底密封，可以根據(jù)視網(wǎng)膜的形狀進(jìn)行彎曲延展。體內(nèi)控制和功能單元由柔性、與人體具有生物兼容性、耐腐蝕材料密封，形成類似膠囊的形狀。其中視覺刺激芯片由兩片柔性、透明、與人體具有生物兼容性、耐腐蝕材料襯底6c和6d密封，其中所述的光電探測器、施密特觸發(fā)器和電壓控制電流源位于襯底6c的內(nèi)表面，襯底6d打孔，刺激電極陣列填充襯底6d的孔陣列，一端和施密特觸發(fā)器陣列的輸出端接觸，另一端和視神經(jīng)7a接觸。
[0030]視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的功能層可以是硅半導(dǎo)體及金屬電極，先在硅襯底上制作，所述的硅襯底和所述的光控電脈沖發(fā)生器的功能層之間有硅的氮氧化物作為轉(zhuǎn)移工藝的犧牲層。
[0031]視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的光探測器的功能層可以是GaAs基外延層及金屬電極，先在GaAs襯底上制作，所述的GaAs襯底和所述的光探測器的GaAs基外延層之間有AlAs作為轉(zhuǎn)移工藝的犧牲層。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例提出的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，包含體外控制器1、體外連接電纜2、體外發(fā)射天線3、體內(nèi)接收器4、體內(nèi)連接電纜5和視覺刺激芯片6，視覺刺激芯片為光敏芯片，放置在視網(wǎng)膜內(nèi)膜，產(chǎn)生的電信號直接刺激視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)7a。具有直接并行刺激視神經(jīng)細(xì)胞、無需額外電信號轉(zhuǎn)換、可彎曲延展、與人眼原有的光學(xué)系統(tǒng)兼容性較好等優(yōu)點(diǎn)。
[0033]圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的原理性電路圖；每個光控電脈沖單元包含光電探測器、施密特觸發(fā)器、電壓控制電流源和刺激電極。光控電脈沖發(fā)生器的施密特觸發(fā)器由不超過6個場效應(yīng)管組成，電壓控制電流源由不超過2個場效應(yīng)管組成。
[0034]圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的一種可能的MOS級電路圖。其中施密特觸發(fā)器采用Q1，Q3(PM0S)及Q2，Q4(N0MS)4個MOS制成，反饋回路由I個NMOS Q5組成。
[0035]圖4是本發(fā)明另一個實(shí)施例的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的一種可能的MOS級電路圖。其中施密特觸發(fā)器采用Q1，Q2，Q3(PM0S)及Q4，Q5，Q6(N0MS)6個MOS制成，反饋回路由I個NMOS Q7組成。
[0036]具體電路中，光控探測器可以等效為一個光控電流源，一個結(jié)電容與一個漏電阻。當(dāng)初始狀態(tài)下，電路輸出為低電平，光探測器處于弱光照條件下，此時光控電流源基本沒有電流輸出，處于截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電容兩端由于反饋回路的受控電流源的充電穩(wěn)定在高電平狀態(tài)，經(jīng)施密特觸發(fā)器反向后輸出為低電平。
[0037]當(dāng)光探測器受到光照情況下，光控電流源開始有電流輸出，此時結(jié)電容開始通過光控電流源對地放電，需要注意的是，這個放電電流比充電電流小的多。兩端電壓開始緩慢降低，當(dāng)兩端電壓降低超過施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)電壓時，施密特觸發(fā)器輸出反向，變?yōu)楦唠娖?。由于電壓控制電流源的反饋回路作用，此時結(jié)電容迅速充電，兩端轉(zhuǎn)換為高電平，超過施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)電壓，導(dǎo)致輸出為低電平，回復(fù)初始狀態(tài)。
[0038]從以上分析可以看出，這構(gòu)成了一個光控振蕩器，光控振蕩器輸出的脈沖周期取決于光探測器的結(jié)電容的充放電時間，具體表現(xiàn)為光探測器的光電流大小與反饋回路的電流大小，而脈沖強(qiáng)度取決于施密特觸發(fā)器的高電平輸出值。
[0039]舉例而言，一種功能層完全為硅基材料的柔性光控電脈沖發(fā)生器陣列的制作方法:
[0040]第一，采用CMOS工藝按照說明書附圖的電路在絕緣層上硅(SOI)襯底上制作光電探測器、施密特觸發(fā)器和反饋電路單元，形成光控電脈沖振蕩發(fā)生器的功能層。
[0041]第二，光刻加等離子體刻蝕加濕法腐蝕工藝，部分腐蝕SOI襯底表層Si下方的Si02，形成SOI襯底表層娃下方的鏤空結(jié)構(gòu)。
[0042]第三，旋涂聚酰亞胺(PI)，填充SOI襯底表層硅下方的鏤空層。
[0043]第四，光刻加等離子體刻蝕加濕法腐蝕工藝，完全腐蝕SOI襯底表層Si下方的S12o
[0044]第五，通過聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章將SOI襯底的表層硅及其它薄膜轉(zhuǎn)移到PI襯底上。
[0045]第六，使用可延展彎曲的蛇形導(dǎo)線將各分立陣列單元進(jìn)行連接。
[0046]第七，覆蓋另外一層PI襯底，包裹光控電脈沖振蕩發(fā)生器的功能層。
[0047]第八，在PI襯底上打孔，露出電極，以便后續(xù)與視網(wǎng)膜上的視覺細(xì)胞進(jìn)行接觸放電。
[0048]舉例而言，一種光探測器為GaAs基材料、施密特觸發(fā)器和反饋電路為硅基材料的柔性光控電脈沖發(fā)生器陣列的制作方法:
[0049]第一，在GaAs襯底上外延生長帶有AlAs犧牲層的GaAs光電探測器。
[0050]第二，光刻加等離子體刻蝕加濕法腐蝕工藝，部分腐蝕GaAs光電探測器下方的AlAs，形成GaAs光電探測器下方的鏤空結(jié)構(gòu)。
[0051]第三，旋涂聚酰亞胺(PI)，填充GaAs光電探測器下方的鏤空層。
[0052]第四，光刻加等離子體刻蝕加濕法腐蝕工藝，完全腐蝕GaAs光電探測器下方的AlAs0
[0053]第五，通過聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章將GaAs襯底的GaAs光電探測器及其它薄膜轉(zhuǎn)移到PI襯底上。
[0054]第六，采用CMOS工藝按照說明書附圖的電路在絕緣層上硅(SOI)襯底上制作施密特觸發(fā)器和反饋電路單元，形成光控電脈沖振蕩發(fā)生器的功能層。
[0055]第七，光刻加等離子體刻蝕加濕法腐蝕工藝，部分腐蝕SOI襯底表層Si下方的Si02，形成SOI襯底表層娃下方的鏤空結(jié)構(gòu)。
[0056]第八，旋涂聚酰亞胺(PI)，填充SOI襯底表層硅下方的鏤空層。
[0057]第九，光刻加等離子體刻蝕加濕法腐蝕工藝，完全腐蝕SOI襯底表層Si下方的S12o
[0058]第十，通過聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章將SOI襯底的表層硅及其它薄膜轉(zhuǎn)移到PI襯底上。
[0059]第十一，使用可延展彎曲的蛇形導(dǎo)線將各分立陣列單元進(jìn)行連接。
[0060]第十二，覆蓋另外一層PI襯底，包裹光控電脈沖振蕩發(fā)生器的功能層。
[0061 ]第十三，在PI襯底上打孔，露出電極，以便后續(xù)與視網(wǎng)膜上的視覺細(xì)胞進(jìn)行接觸放電。
[0062]本發(fā)明實(shí)施例提出的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，包含體外控制器、體外連接電纜、體外發(fā)射天線、體內(nèi)接收器、體內(nèi)連接電纜和視覺刺激芯片，視覺刺激芯片為光敏芯片，放置在視網(wǎng)膜內(nèi)膜，產(chǎn)生的電信號直接刺激視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞。具有直接并行刺激視神經(jīng)細(xì)胞、無需額外電信號轉(zhuǎn)換、可彎曲延展、與人眼原有的光學(xué)系統(tǒng)兼容性較好等優(yōu)點(diǎn)。
[0063]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0064]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0065]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，包含體外控制器、體外連接電纜、體外發(fā)射天線、體內(nèi)接收器、體內(nèi)連接電纜、和視覺刺激芯片，其特征在于:所述視覺刺激芯片為光敏芯片，放置在視網(wǎng)膜內(nèi)膜的位置，產(chǎn)生的電信號直接刺激視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片為包含多個光控電脈沖發(fā)生器的二維陣列器件，其中，每個所述光控電脈沖發(fā)生器根據(jù)入射光產(chǎn)生與視神經(jīng)兼容的電脈沖信號，照射到所述光控電脈沖發(fā)生器的光越強(qiáng)，產(chǎn)生的所述電脈沖信號的頻率越高。3.根據(jù)權(quán)利要求1?2任一項(xiàng)所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器包括: 光電探測器，將入射光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，入射光越強(qiáng)，所述光電探測器的輸出電壓變化越快； 施密特觸發(fā)器，以所述光電探測器的輸出電壓作為輸入電壓，輸出相應(yīng)的觸發(fā)電壓作為所述光控電脈沖發(fā)生器的輸出； 電壓控制電流源，根據(jù)所述施密特觸發(fā)器的輸出電壓對所述光電探測器兩端進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)對所述光電探測器的輸出電壓的反饋控制； 刺激電極，一端連接所述施密特觸發(fā)器的輸出端，另一端直接接觸視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視神經(jīng)細(xì)胞。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的光電探測器、施密特觸發(fā)器和電壓控制電流源的功能層為無機(jī)半導(dǎo)體和金屬材料，在無機(jī)半導(dǎo)體襯底制作完畢后轉(zhuǎn)移到柔性襯底上。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片、體內(nèi)連接電纜、體內(nèi)控制器由柔性、耐腐蝕材料襯底密封，所述視覺刺激芯片的形狀可以根據(jù)視網(wǎng)膜的形狀進(jìn)行彎曲延展。所述體內(nèi)控制器由柔性、耐腐蝕材料密封，形成類似膠囊的形狀。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片由兩片柔性、透明、耐腐蝕材料襯底密封，其中所述光電探測器、施密特觸發(fā)器和電壓控制電流源位于其中一片襯底的內(nèi)表面，所述另一片襯底打孔，所述刺激電極陣列填充所述另一片襯底的孔陣列，一端和施密特觸發(fā)器陣列的輸出端接觸，另一端和視神經(jīng)接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的施密特觸發(fā)器由不超過6個場效應(yīng)管組成，電壓控制電流源由不超過2個場效應(yīng)管組成。8.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的功能層為硅半導(dǎo)體及金屬電極，在硅襯底上制作，所述硅襯底和所述光控電脈沖發(fā)生器的功能層之間有硅的氮氧化物作為轉(zhuǎn)移工藝的犧牲層。9.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的視網(wǎng)膜內(nèi)膜的視覺假體，其特征在于:所述視覺刺激芯片的每個光控電脈沖發(fā)生器的光探測器的功能層為GaAs基外延層及金屬電極，在GaAs襯底上制作，所述GaAs襯底和所述光電探測器的GaAs基外延層之間有AlAs作為轉(zhuǎn)移工藝的犧牲層。
【文檔編號】A61F2/14GK105997342SQ201610537333
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】王健, 韓彥軍, 李洪濤, 羅毅, 歐春暉, 關(guān)曹予
【申請人】清華大學(xué)