KR101979885B1

KR101979885B1 - 인공 수정체

Info

Publication number: KR101979885B1
Application number: KR1020170104723A
Authority: KR
Inventors: 황호식
Original assignee: 가톨릭대학교 산학협력단
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-05-17
Also published as: KR20190019587A

Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 인공 수정체에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 백내장 수술용 또는 근시 교정용 메타렌즈 타입 인공 수정체를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 평평한 제2면을 갖는 서브스트레이트; 및 상기 서브스트레이트의 제2면에 어레이된 다수의 나노 핀(nano-pin)을 갖는 메타렌즈를 포함하는 인공 수정체를 개시한다.

Description

인공 수정체{Artificial lens}

본 발명의 다양한 실시예는 인공 수정체에 관한 것이다.

일반적으로 사람의 눈은 카메라의 구조 및 기능과 매우 흡사하여 눈동자의 후방에는 볼록 렌즈 형상의 투명한 조직으로 이루어진 수정체가 있어 카메라 렌즈의 기능을 하게 되는데 이러한 수정체가 노화, 외부로부터의 손상, 당뇨병, 각종 약물의 부작용, 방사능 조사, 각종 유해 전자파에의 노출 등의 요인으로 인해 뿌옇게 혼탁해져 시력 저하를 유발하는 질환을 백내장이라고 한다.

백내장의 치료에는 약물 치료에 의한 방법과 수술에 의한 치료 방법이 이루어지고 있는데 시중에 여러 가지 약물 치료 방법이 있기는 하지만 현재까지 약물 치료로는 수술적 치료를 대체할 수 있는 효과를 기대할 수 없는 상태로서 결국 백내장의 치료는 궁극적으로 수술적인 치료 방법에 의존하고 있는 실정이고 발전 방향도 주로 수술적인 측면을 따라 이루어지고 있다.

이러한 백내장의 수술 방법은 크게 두 단계로 이루어지며, 먼저, 혼탁한 수정체를 제거하는 단계와 망막에 초점을 맺게 해주는 수정체의 기능을 대체하는 인공 수정체를 이식하는 단계로 나눌 수 있는데, 일반적으로 시술되는 백내장 수술 방법은 혼탁해진 수정체를 초음파 유화술 등의 방법으로 적출한 다음, 소정 형태의 인공 수정체를 안구 내에 삽입하게 되는 외과적 수술 방법이 행해지고 있다.

인공 수정체는 삽입 위치에 따라 전방 삽입 렌즈와 후방 삽입 렌즈로 분류될 수 있고, 삽입 시 반으로 접힐 수 있는 지의 여부에 따라 경성과 연성 인공 수정체로 나눌 수 있으며, 경성 인공 수정체는 일반적으로 PMMA(Polymethyl methacrylate) 재질을 사용하고, 연성 인공 수정체는 일반적으로 실리콘 재질 혹은 아크릴 재질로 제조되는 경우가 많다.

이중 현재 사용되는 대부분의 인공 수정체는 후방 삽입 렌즈로, 수술 시 대략 3mm 정도로 각막이나 공막을 절개하여도 안구 내로 삽입될 수 있도록, 대략 3mm 미만으로 접힐 수 있는 연성 재질의 인공 수정체가 대부분 사용되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 인공 수정체 및 백내장 수술 방법은 인공 수정체(plus lens)를 삽입하기 위해 각막의 절개 길이가 대략 3mm 이상이어야 함으로써, 수술 후에 난시가 발생할 확률이 높았다. 또한, 인공 수정체의 두께에 한계가 있으므로, 인공 수정체의 도수도 대략 +30D까지만 제조 가능한 문제가 있었다.

더불어, 상술한 인공 수정체(minus lens)는 근시 교정을 위해 홍채와 수정체 사이의 공간에 삽입되기도 한다. 그런데, 종래의 인공 수정체는 두께가 비교적 두꺼움으로써, 수정체에 직접 접촉하여 백내장을 발생시키는 문제도 있었다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

공개특허공보 제2014-0113553호(2014.09.24)

본 발명의 다양한 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 백내장 수술용 또는 근시 교정용 메타렌즈 타입 인공 수정체를 제공하는데 있다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 메타표면을 가지며 박막 형태로 플렉시블한 메타렌즈 타입 인공 수정체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 평평한 제2면을 갖는 서브스트레이트; 및 상기 서브스트레이트의 제2면에 다수의 나노 핀(nano-pins)이 어레이되어 형성된 메타표면(metasurfaces)을 갖는 메타렌즈를 포함할 수 있다.

상기 서브스트레이트의 두께는 100 nm 내지 10 ㎛일 수 있다.

상기 서브스트레이트는 쿼츠, 글래스, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성될 수 있다.

상기 다수의 나노핀 각각은 두께, 길이, 폭 및 피치가 100 nm 내지 1000 nm일 수 있다.

상기 다수의 나노핀은 티타늄 디옥사이드, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 실버, 골드, 알루미늄, 구리 또는 니켈로 형성될 수 있다.

상기 서브스트레이트의 제1면을 덮는 투명 볼록부를 더 포함할 수 있다.

상기 서브스트레이트의 제1면과 제2면에 형성된 나노핀을 덮는 투명 볼록부를 더 포함할 수 있다.

상기 투명 볼록부는 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예는 백내장 수술용 또는 근시 교정용 메타렌즈 타입 인공 수정체를 제공한다. 일례로, 본 발명의 다양한 실시예는 인공 수정체가 매우 얇은 박막 형태의 메타렌즈를 포함함으로써, 백내장 수술 시 각막의 절개 길이를 기존의 대략 3 mm보다 더 줄일 수 있으며, 이에 따라 수술 후 생기는 난시를 더욱 줄일 수 있도록 하고, 또한 기존 인공 수정체는 두께에 한계가 있어 도수가 대략 +30D 까지만 제조 가능했으나, 박막 타입 메타렌즈에 의해 두께 한계가 없으므로 도수를 더욱 증가시킬 수 있도록 한다. 다른 예로, 기존의 근시 교정용 인공 수정체가 환자의 수정체와 접촉하여 백내장을 발생시켰으나, 본 발명의 다양한 실시예는 인공 수정체가 매우 얇고 휠 수 있는 박막 및 플렉시블 형태의 메타렌즈를 포함함으로써, 근시 교정 수술 후 이러한 백내장의 발생 확률을 현저히 줄일 수 있도록 한다.

도 1a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 메타렌즈 타입 인공 수정체를 도시한 단면도이고, 도 1b 및 도 1c는 메타렌즈 타입 인공 수정체를 확대 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 메타렌즈 타입 인공 수정체를 빛이 통과할 경우 촛점 상태를 대략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체를 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체를 도시한 평면면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체를 이용한 백내장 수술 방법을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체를 이용한 근시 교정 상태를 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 1a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 메타렌즈 타입 인공 수정체(100)를 도시한 단면도이고, 도 1b 및 도 1c는 메타렌즈 타입 인공 수정체(100)를 확대 도시한 도면이다.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 메타렌즈 타입 인공 수정체(100)는 대략 평평한 평판 형태의 서브스트레이트(110)와, 서브스트레이트(110)의 일면에 형성된 메타표면(120)(meta surfaces)을 포함할 수 있다.

서브스트레이트(110)는 대략 평평한 제1면(111)과, 제1면(111)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(112)을 포함한다. 이러한 서브스트레이트(110)는 연성(flexiblility)을 위해, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 100 nm 내지 대략 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 서브스트레이트(110)의 두께가 대략 100 nm 미만이면 광투과율이 높고 잘 휘어지지만 제조가 어렵고 쉽게 크랙될 수 있다. 또한, 서브스트레이트(110)의 두께가 대략 10 ㎛를 초과하면 제조하기 쉽지만 광투과율이 떨어지고 잘 휘어지지 않는 단점이 있다.

또한, 서브스트레이트(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 투명한 쿼츠, 글래스, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다.

메타표면(120)은 서브스트레이트(110)의 제2면(112)에 다수의 나노핀(121)(nano pins)이 어레이되어 구현될 수 있다. 나노핀(121)은, 예를 들어, 한정하는 것은 아니지만, 각각의 두께, 길이, 폭 및 피치가 대략 100 nm 내지 대략 1000 nm일 수 있다.

나노핀(121)의 사이즈가 대략 100 nm 미만이면 메타물질 특유의 효과(예를 들면, 본 발명에서 입사된 빛의 방향을 틀어 특정 지점을 향하도록 하는 효율)를 얻기 어렵다. 또한, 나노핀(121)의 사이즈가 대략 1000 nm를 초과하면 메타물질 특유의 효과(예를 들면, 본 발명에서 입사된 빛의 방향을 틀어 특정 지점을 향하도록 하는 효율)를 얻기 쉽지만 제조하기 어렵다.

이러한 나노핀(121)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 평면에서 보았을 때, 서로 다른 각도로 일정한 패턴을 가지며 서브스트레이트(110)의 제2면(112)에 일정한 피치를 가지며 배열됨으로써, 메타표면(120)을 통과한 빛이 어느 한 지점에 포커싱될 수 있도록 한다. 즉, 메타표면(120)은 굴곡이 없는 평면 렌즈로, 빛을 작은 크기의 한 지점에 정확하게 모아줄 수 있으며, 특히, 가시광선 영역의 모든 빛에서도 높은 효율을 갖는다.

다르게 설명하면, 기존의 인공 수정체는 렌즈 표면을 볼록하게 만들어 모든 빛이 하나의 초점에 모이도록 빛의 각도를 조절하였다. 그러나, 이런 방식으로 아주 미세한 부분을 정밀하게 보기 위해서는 렌즈가 더 둥글게 굽어야 하지만, 렌즈의 굴곡이 너무 심해지면 상에 왜곡이 생기면서 선명한 이미지를 얻기도 힘들어진다.

메타표면(120)(또는 메타렌즈)은 렌즈에 굴곡을 만드는 대신 상술한 바와 같이 나노 크기의 나노핀(121)을 평면의 서브스트레이트(110)의 제2면(112) 위에 소정 패턴 및 피치로 배열하여 형성된다. 이러한 메타표면(120)에 입사된 빛은 나노핀(121)의 형성 각도에 따라 입사된 빛이 방향을 틀어 특정 지점을 향하도록 함으로써, 굴곡없이 얇은 평면 형태로서 인공 수정체(100)의 역할을 할 수 있도록 한다.

여기서, 나노핀(121)의 두께, 폭, 길이, 피치, 개수 및 특히 각도는 해석적인 방법으로는 구하기는 매우 어렵고, 컴퓨터를 이용한 수치 해석적인 방법을 사용하여 얻을 수 있다. 즉, 컴퓨터 상의 수치 해석적인 방법을 통하여 나노핀(121)을 통해 굴절되는 빛(전자기파)의 위상속도(phase velocity)의 방향이 빛의 입사 방향과 소정 각도가 되는 굴절률을 임의의 각도로 조절하도록 나노핀(121)의 각도를 도출함으로써(물론, 이때 나노핀(121)의 두께, 폭, 길이, 피치, 개수 등도 도출됨), 평판 구조임에도 불구하고 볼록 렌즈와 같이 빛을 한점으로 포커싱할 수 있도록 한다.

이러한 나노핀(121)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 티타늄 디옥사이드, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 실버, 골드, 알루미늄, 구리 또는 니켈로 형성될 수 있다. 특히, 티타늄 옥사이드는 반사율이 매우 높기 때문에 메타표면(120)을 위한 나노핀(121)으로서 가장 적절하다. 그러나, 이러한 재질로 본 발명이 한정되지 않는다.

이러한 나노핀(121)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 메모리칩이나 마이크로프로세서와 같이 반도체 제조 공정을 그대로 채용하여 제조될 수 있다.

즉, 나노핀(121)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 열적 CVD(thermal Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) 또는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)와 같은 CVD 공정, 열적 증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition) 공정, 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성될 수 있다.

특히, ALD 공정은 나노핀(121)의 두께 등을 자유롭게 조정 가능해, 나노핀(121)의 두께, 길이, 폭, 피치 및 각도를 다양하게 조정할 수 있고, 나노핀(121)이 서브스트레이트(110)의 제2면(112)에 우수한 흡착력을 갖고 부착되며, 다양한 조성이 원자층 수준에서 쉽게 조절이 가능하기에 증착 시 조성 농도 변화가 가능하여, 기존의 재료 선택 한계를 극복할 수 있고, 플라스틱 수지 기반의 서브스트레이트에 대해 우수한 도포성과 낮은 공정 온도를 가지고 있어서 연성 서브스트레이트에 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

더불어, 그래핀 또는 그래핀 옥사이드를 이용하여 나노핀(121)을 형성할 경우 다음과 같은 CVD 공정으로 진행될 수 있다. 즉, 나노핀(121)은 CVD 공정으로 형성된 그래핀 또는 그래파이트 산화-환원법으로 형성된 그래핀 옥사이드를 포함할 수 있는데, CVD 공정은 대략 500℃ ~ 1000℃ 정도의 흑연과, 메탄 및 수소가스의 반응 가스와, 금속(니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 플라티늄(Pt), 팔라디늄(Pd), 루테니늄(Ru))의 촉매로부터 그래핀을 생성할 수 있다. 그래파이트 산화-환원법은 그라파이트를 물속에서 초음파로 파쇄하여 산화와 환원 과정을 거쳐 그래핀 옥사이드를 생성할 수 있다. 더불어, 이러한 그래핀 또는 그래핀 옥사이드는 전자빔 증착 또는 스퍼터링 같은 PVD 방법으로 형성된 은, 금, 알루미늄, 구리, 니켈과 같은 금속을 더 포함할 수 있다.

더욱이, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(100)는 상술한 메타표면(120) 즉, 나노핀(121)을 덮는 유전층을 더 포함할 수도 있다. 유전층은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전자빔 증착, 스퍼터링 또는 ALD 방법으로 형성된 실리콘 산화막, 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 마그네슘 불화막을 포함할 수 있다. 이러한 유전층은 안구 내의 생체 조직이 메타표면(120) 즉, 나노핀(121)의 사이 사이에 부착되어 빛 굴절 특성의 저하 현상을 방지하는 역할을 할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 메타렌즈 타입 인공 수정체(100)는 백내장 수술용 또는 근시 교정용으로서 사용될 수 있다.

즉, 본 발명의 다양한 실시예는 인공 수정체(100)가 매우 얇은 박막 형태의 메타렌즈를 포함함으로써, 백내장 수술 시 각막의 절개 길이를 기존의 대략 3 mm보다 더 줄일 수 있으며, 이에 따라 수술 후 생기는 난시를 더욱 줄일 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체(100)는 매우 얇은 박막 형태의 메타렌즈를 포함함으로써, 기존 인공 수정체(100)가 두께의 한계로 인해 도수가 대략 +30D 까지만 제조가 가능했으나, 이러한 도수를 더욱 증가시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예는 인공 수정체(100)가 매우 얇고 연성인 메타렌즈를 포함함으로써, 기존의 근시 교정용 인공 수정체(100)가 환자의 수정체와 접촉하여 발생되는 백내장 현상을 현저히 줄일 수 있도록 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 메타렌즈 타입 인공 수정체(100)를 빛이 통과할 경우 촛점 상태를 대략적으로 도시한 도면이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 메타렌즈 타입 인공 수정체(100)는 입사하여 투과되는 빛이 다수의 메타핀(121)으로 이루어진 메타표면(120)에 의해 한점에 포커싱될 수 있다. 특히, 가시광선의 전 영역에 대해서도 메타표면(120)에 의해 한점에 포커싱될 수 있음으로써, 박막 형태인 동시에 평판 형태로서 인공 수정체(100)의 역할을 충분히 수행할 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체(200)를 도시한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(200)는 서브스트레이트(110)의 제1면(111)을 덮는 투명 볼록부(210)를 더 포함할 수 있다.

이러한 투명 볼록부(210)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다.

이러한 투명 볼록부(210)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 통상의 이중 사출 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 서브스트레이트(110)와 메타표면(120)으로 이루어진 메타렌즈를 상부 금형 및 하부 금형에 위치시켜 클램핑한 후, 상술한 플라스틱 용융 수지를 금형의 내부에 고압으로 주입함으로써, 투명 볼록부(210)가 서브스트레이트(110)의 제1면(111)을 덮는 일체화된 인공 수정체(200)를 얻을 수 있다.

이와 같이 서브스트레이트(110)의 제1면(111)에 투명 볼록부(210)가 더 형성됨으로써, 볼록부(210)와 메타표면(120)의 상호 작용에 의해 원하는 도수를 쉽게 구현할 수 있는 인공 수정체(200)가 구현된다.

도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체(300)를 도시한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(300)는 서브스트레이트(110)의 제1면(111) 및 제2면(112)(즉, 메타표면(120))을 덮는 투명 볼록부(310)를 더 포함할 수 있다.

이러한 투명 볼록부(310)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다.

이러한 투명 볼록부(310)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 통상의 이중 사출 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 서브스트레이트(110)와 메타표면(120)으로 이루어진 메타렌즈를 상부 금형 및 하부 금형에 위치시켜 클램핑한 후, 상술한 플라스틱 용융 수지를 금형의 내부에 고압으로 주입함으로써, 투명 볼록부(310)가 서브스트레이트(110)의 제1면(111) 및 제2면(112)을 모두 덮는 일체화된 인공 수정체(300)를 얻을 수 있다.

이와 같이 서브스트레이트(110)의 제1면(111) 및 제2면(112)에 투명 볼록부(310)가 더 형성됨으로써, 볼록부(310)와 메타표면(120)의 상호 작용에 의해 원하는 도수를 쉽게 구현할 수 있는 인공 수정체(300)가 구현된다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체(100)를 도시한 평면면도이다.

도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체(100,100A,100B,100C)는 대략 평판 형태의 서브스트레이트(110)와, 서브스트레이트(110)의 일측 표면에 형성된 다수의 나노핀(121)으로 이루어진 메타표면(120)과, 서브스트레이트(110)의 주변으로부터 연장된 고정부(130,130A,130B,130C)를 포함한다. 서브스트레이트(110) 및 메타표면(120)은 대략 원형으로 형성되어 인공 수정체(100)의 역할을 하며, 고정부(130,130A,130B,130C)는 서브스트레이트(110)가 다른 영역으로 이동하지 않도록 서브스트레이트(110)를 고정하는 역할을 한다. 즉, 고정부(130,130A,130B,130C)는 대략 C자 또는 J자 형태로 형성되어, 서브스트레이트(110)를 홍채의 내측에 고정하는 역할을 한다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체(100)를 이용한 백내장 수술 방법을 도시한 개략도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 안구는 백내장이 발생된 수정체(10)와, 수정체(10)의 주변에 형성된 홍채(20)와, 수정체(10) 및 홍채(20)를 감싸는 각막(30)을 포함한다. 우선, 나이프(40)를 이용하여 수정체(10) 및 홍채(20) 위의 각막(30)을 일정 길이로 절개한다. 여기서, 기존에는 각막(30)을 대략 3 mm 이상 절개하였으나, 본 발명에서는 각막(30)을 대략 2.5 mm 이내로 절개할 수 있다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 초음파 유화 툴(50)을 각막(30)의 절개 부분으로 삽입하여, 수정체(10) 중에서 백내장 부분을 마이크로 단위로 잘게 쪼갠다. 쪼개진 백내장 부분은 진공 흡입하여 제거한다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 메타표면(120)을 갖는 서브스트레이트(110)로 이루어진 메타렌즈 즉, 인공 수정체(100)를 각막(30)의 절개 부분으로 삽입한다. 이때, 인공 수정체(100)는 접혀진 상태로 각막(30)의 절개 부분으로 삽입될 수 있으며, 삽입 후 원래의 상태로 펴질 수 있다. 마지막으로, 서브스트레이트(110)의 양측으로 연장된 고정부(130)가 홍채(20)와 수정체(10) 사이에서 자리를 잡도록 위치를 조정한다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 메타표면(120) 또는 메타렌즈를 갖는 인공 수정체(100)는 백내장이 제거된 수정체(10) 위에 자리를 잡음으로써, 환자에게 깨끗한 시야를 제공하게 된다. 이때 각막(10)의 절개 부분은 대략 2.5mm 이내로 형성됨으로써, 수술 봉합선 없이도 쉽게 자연 치유되고 또한 백내장 제거 수술 이후 난시 현상도 거의 나타나지 않게 된다.

도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 인공 수정체(100)를 이용한 근시 교정 상태를 도시한 개략도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(100)(minus lens)는 수정체(10)와 홍채(20)의 사이 공간에 끼워짐으로써, 근시를 교정하게 된다. 이때에도 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 인공 수정체(100)는 박막 형태로 얇게 그리고 플렉시블하게 형성됨으로써, 수술 후 인공 수정체(100)와 기존 수정체(10) 사이의 마찰이 거의 없게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(100)를 근시 교정용으로 사용할 경우, 근시 교정 수술 이후 백내장이 거의 형성되지 않는다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(100)는 얇기 때문에 각막을 조금만 절개하고 삽입할 수 있다. 각막의 절개는 작으면 작을 수록 자연적인 치유가 빠르기 때문에 바람직하다. 기존의 볼록 렌즈는 두께 때문에 도수의 한계가 있었다. 예를 들면, 기존의 볼록 렌즈로는 대략 +30D 이상은 만들기 어려웠다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(100)는 박막 형태이므로, 도수를 이보다 높게 할 수 있다. 특히, 인공 수정체(100)를 넣은 후 도수가 만족스럽지 않으면 하나 더 넣기도 하는데, 본 발명의 실시예에 따른 인공 수정체(100)는 박막 형태이므로 여러개를 넣을 수 있다. 마지막으로, 근시 교정용으로 인공 수정체(100)를 넣는 경우, 인공 수정체(100)가 환자의 수정체에 강하게 마찰되지 않음으로써, 백내장 발생 확률이 줄어든다.

한편, 본 발명의 실시예에 이용된 메타표면은 메타물질(metamaterial)의 한예로서, 아직 자연에서 발견되지 않은 특성을 가지도록 설계된 것을 의미한다. 메타물질은 플라스틱과 금속 같은 일반적인 물질로부터 형성된 복합 요소의 집합체로 구성된다. 이 물질은 보통 반복적인 패턴으로 배열되어 있다. 메타물질의 특성은 기본 물질의 특성이 아니라 그들의 구조에 의해 생긴다. 메타물질의 정확한 모양, 기하학적 구조, 크기, 방향 그리고 배열이 메타물질의 특성을 결정한다. 적절히 디자인된 메타물질은 전자기파 혹은 소리에 물체가 관측되지 않게 하는 형식으로 간섭할 수 있다. 특정 파장에서 음의 굴절률을 갖는 메타물질의 특징은 많은 실험을 유발했다. 이러한 물질들은 또한 '음의 굴절률의 메타물질(negative index metamaterial)'로 알려져 있다. 메타물질이 적용될 수 있는 분야는 매우 다양하며 항공우주산업, 센서 감지와 사회기반시설의 모니터링, 스마트 태양 에너지 관리, 군중 통제, 레이돔, 전쟁 시의 고주파 통신, 고 이득 안테나의 렌즈, 초음파 센서의 개선, 지진 피해 방지 건물 등의 매우 다양한 분야에 적용된다. 메타물질은 수퍼 렌즈의 제작 가능성을 열어주기도 한다. 그 렌즈는 주어진 파장에서 얻어질 수 있는 최소 해상도의 회절 한계 이하로 이미징할 수 있도록 해 준다. 보이지 않음의 특성은 gradient-index 물질을 사용함으로써 나타날 수 있다. 메타물질 연구 분야는 전자공학, 전자기학, 고전 광학, 마이크로파/안테나 공학, 양자 전기학, 물질과학, 나노과학, 반도체공학 등의 다양한 분야와 관련되어 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 인공 수정체를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 인공 수정체
110; 서브스트레이트
111; 제1면
112; 제2면
120; 메타표면
121; 나노핀
130; 고정부
210,310; 볼록부

Claims

평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 평평한 제2면을 갖는 서브스트레이트; 및
상기 서브스트레이트의 제2면에 다수의 나노 핀(nano-pins)이 어레이되어 형성된 메타표면(metasurfaces)을 갖는 메타렌즈를 포함하고,
상기 다수의 나노핀은 티타늄 디옥사이드를 이용한 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성된 인공 수정체.
제 1 항에 있어서,
상기 서브스트레이트의 두께는 100 nm 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 인공 수정체.
제 1 항에 있어서,
상기 서브스트레이트는 쿼츠, 글래스, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성된 것을 특징으로 하는 인공 수정체.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 나노핀 각각은 두께, 길이, 폭 및 피치가 100 nm 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 인공 수정체.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 서브스트레이트의 제1면을 덮는 투명 볼록부를 더 포함함을 특징으로 하는 인공 수정체.
제 1 항에 있어서,
상기 서브스트레이트의 제1면과 제2면에 형성된 나노핀을 덮는 투명 볼록부를 더 포함함을 특징으로 하는 인공 수정체.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 투명 볼록부는 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cycloolefin copolymer), PET(polyethylene terephthalate) 또는 실리콘(silicone)으로 형성된 것을 특징으로 하는 인공 수정체.