KR102326786B1

KR102326786B1 - 전극 표면에 복수의 홀을 포함하는 인공망막 장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102326786B1
Application number: KR1020200172178A
Authority: KR
Inventors: 한의돈; 장이운
Original assignee: 주식회사 셀리코
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-11-16
Also published as: KR102326786B9

Abstract

안구 내에 삽입되는 기판; 및 상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극하는 복수 개의 전극; 을 포함하는 인공망막 장치로, 상기 전극의 표면은 복수 개의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치가 개시된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 전극의 세포와의 접촉 면적이 현저히 향상된다는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 인공망막 장치의 제조방법은 공정이 간단하며, 나노 구조의 재현성이 높고, 전극 재료 선정에 제한이 없다는 이점이 있다.

Description

전극 표면에 복수의 홀을 포함하는 인공망막 장치 및 그 제조방법{Artificial retinal device including a plurality of holes on the electrode surface and its manufacturing method}

본 발명은 전극 표면에 복수의 홀을 포함하는 인공망막 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

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.

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)을 필수적으로 포함하게 된다.

MEAs는 중심와의 한정된 크기(약 5mm x 5mm) 내에 전극의 개수를 늘리는 것이 해상도를 높이는 방법이므로 전극의 크기는 필연적으로 작아져야만 하며, 이에 따라 전극의 전기적 임피던스는 증가하고 전하주입용량(charge injection capacity, CIC)과 전하저장용량(charge storage capacity, CSC)은 감소하게 된다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 전극의 표면에 나노 구조를 제작하는 방법이 많이 연구되고 있으며, 전극 표면을 나노 구조화 시킬 경우 티슈와의 접촉면적 증가, 전극의 전기적 임피던스 하강, 전극의 CIC, CSC 증가 등의 장점이 있다.

MEA는 MEMS 공정으로 제작할 수밖에 없으며, MEMS 공정에서 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD), 물리기상증착(physical vapor deposition) 등의 방법으로 전극 물질을 대상 위치 상에 증착하게 된다.

따라서 대부분 Pt, Au, IrO_x 등의 전도성, 안정성, 생체적합성, 내부식성 등이 훌륭한 귀금속의 증착과정에서 증착 조건의 변경을 통해 나노입자 형태로 증착이 되는 방법을 이용한다.

도 1은 전극물질 증착 방법으로 제작할 수 있는 대표적인 나노 구조화 전극 형상을 보여주는 전자현미경 사진이며 각각 나노 파티클(도 1(a)), 나노 필라(도 1(b)), 나노 꽃(도 1(c)) 형상을 나타낸다.

하지만 이러한 형태의 나노 구조화 전극은 전기적 임피던스를 낮추고 CIC, CSC 를 높이는 결과를 보였으나, 높은 기공률(porosity)로 인해 밀도가 현저히 낮은 특성상 밀도가 높은 증착 필름보다 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.).

또한 도 2(a)와 같이 기체, 액체 등 구조물 사이사이로 침투 할 수 있는 매질과의 접촉 가능한 표면적은 높지만 도 2(b)와 같이 수십 마이크로미터 크기의 실제 세포와의 접촉 가능한 표면적은 더 적을 수 밖에 없다.

이에, 기계적 강성이 약하며 망막조직과의 접촉 면적이 낮다는 기존 나노 구조화 인공망막 전극의 단점을 극복하기 위한 새로운 구조의 전극을 포함하는 인공망막 장치가 요구된다.

Zhou, David D., Jessy D. Dorn, and Robert J. Greenberg. "The Argus® II retinal prosthesis system: An overview." 2013 IEEE International Conference on Multimedia and Expo Workshops (ICMEW). IEEE, 2013. Boehler, C., T. Stieglitz, and M. Asplund. "Nanostructured platinum grass enables superior impedance reduction for neural microelectrodes."　Biomaterials　67 (2015): 346-353. Zeng, Qi, et al. "3D nano-crystal platinum for high-performance neural electrode."　2018 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). IEEE, 2018. 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.

본 발명의 일 측면에서의 목적은 표면이 나노 구조화되어 세포와의 접촉 면적이 향상된 전극을 포함하는 인공망막 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서

안구 내에 삽입되는 기판; 및

상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극하는 복수 개의 전극;

을 포함하는 인공망막 장치로,

상기 전극의 표면은 복수 개의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 측면에서

상기 인공망막 장치를 제조하는 방법으로,

복수의 알루미늄 패드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;

상기 알루미늄 패드의 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계; 및

상기 알루미늄 패드 상에 귀금속층을 형성하는 단계;

를 포함하는 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 전극의 세포와의 접촉 면적이 현저히 향상된다는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 인공망막 장치의 제조방법은 공정이 간단하며, 나노 구조의 재현성이 높고, 전극 재료 선정에 제한이 없다는 이점이 있다.

도 1은 종래의 전극 물질 증착 방법으로 제작할 수 있는 대표적인 나노 구조화 전극의 이미지로 (a)는 나노 파티클, (b)는 나노 필라, (c)는 나노 꽃 형상을 보여주는 것이고,
도 2는 종래의 나노 구조화된 전극 표면의 일 예로 나노 꽃 표면의 접촉 면적을 모식적으로 보여주는 것으로, (a)는 물 또는 공기와 같은 매질과 맞닿을 경우, (b)는 망막의 양극세포와 맞닿을 경우를 보여주는 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 인공망막 장치의 전극을 제조하는 방법의 과정을 보여주는 모식도이고,
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 인공망막 장치의 전극을 제조하는 방법의 과정을 보여주는 모식도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 인공망막 장치의 전극을 제조하는 방법의 과정을 보여주는 모식도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 인공망막 장치의 전극을 제조하는 과정에서의 전극의 표면을 보여주는 이미지로, (a)는 공정 전의 알루미늄 표면(도 3의 (a-1)), (b)는 알루미늄 양극산화 후 표면에 형성된 나노 다공성 알루미나 구조물(도 3의 (c-1)), (c)는 나노 다공성 알루미나가 제거된 후 나노 딤플 구조화된 알루미늄 표면(도 3의 (d-1))을 보여주는 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 세포와의 접촉 면적 비교를 위하여 표면의 형상에 따른 배양 세포의 전자현미경 이미지를 나타낸 것으로, (a)는 각 표면에서의 세포 배양 모습(스케일바 위 : 20um, 중간, 아래 : 500nm)을, (b)는 배양된 세포의 단면 전자현미경 사진과 세포 부착 모습을 보여주는 모식도(스케일바 : 200 nm)를 나타낸 것이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 세포와의 접촉 면적 비교를 위하여 각 표면에서의 세포의 focal adhesion 개수를 비교한 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따른 전극의 망막 접촉 면적에 대한 구조 해석 결과를 보여주는 FEM 시뮬레이션 결과로, (a)는 본 발명의 일 실시예, (b)는 본 발명의 일 비교예에 대하여 나타낸 것이다.

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.

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.

본 발명의 일 측면에서

안구 내에 삽입되는 기판; 및

을 포함하는 인공망막 장치로,

이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치를 각 구성별로 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 기판을 포함한다.

상기 기판은 안구 내에 삽입된다.

상기 인공망막 장치가 서브형 인공망막 장치인 경우, 상기 기판은 망막의 서브(sub)에 배치될 수 있으며, 상기 인공망막 장치가 에피형 인공망막 장치인 경우, 상기 기판은 망막의 에피층(epiretinal)에 배치될 수 있고, 상기 인공망막 장치가 맥락막상(suprachoroidal) 인공망막 장치인 경우, 상기 기판은 맥락막상에 배치될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 인공망막 장치는 복수 개의 전극을 포함한다.

상기 복수 개의 전극은 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극할 수 있다.

상기 인공망막 장치가 서브형 인공망막 장치인 경우, 외부의 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.

상기 인공망막 장치가 에피형 인공망막 장치인 경우, 카메라가 전방의 시각 정보를 캡쳐하여 시각 정보에 대응되는 광 신호를 출력하며, 전달된 이미지 정보의 해당 픽셀에 대응하는 세기로 광을 송신한 후, 이 광을 수신한 포토다이오드가 이를 전기 신호를 바꾸어 망막신경세포를 직접 자극하게 된다.

상기 인공망막 장치가 맥락막상 인공망막 장치인 경우, 인공망막 장치가 맥막락상 공간에 배치되는 것 외에 작동원리는 서브형 인공망막 장치와 유사하다. 즉, 외부의 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.

상기 전극은 표면에 복수 개의 홀을 포함한다.

상기 홀의 깊이(H) 및 직경(D) 비율(H/D)은 1 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.8 이하, 더 바람직하게는 0.5 이하일 수 있다.

이러한 홀은 반구 형상 또는 이와 유사한 형상일 수 있으나, 특정 형상으로 제한되는 것은 아니다.

상기 복수 개의 홀은 전극의 표면 상에 규칙적으로 배열되어, 나노 딤플 구조 패턴을 형성할 수 있다.

상기 홀의 직경은 1 ㎛ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 800 nm 이하일 수 있으며, 더 바람직하게는 500 nm 이하일 수 있다.

상기 전극은 알루미늄층 및 상기 알루미늄층 상에 위치하는 귀금속층을 포함할 수 있다.

상기 알루미늄층은 복수의 홀을 포함할 수 있으며, 상기 귀금속층은 상기 알루미늄층 표면의 곡률을 따라 상기 알루미늄층 상에 형성될 수 있다.

상기 귀금속층은 백금, 금, 이리듐 및 이리듐 옥사이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서

상기 인공망막 장치를 제조하는 방법으로,

복수의 알루미늄 패드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;

상기 알루미늄 패드 상에 귀금속층을 형성하는 단계;

를 포함하는 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.

이하, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 인공망막 장치의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 인공망막 장치의 제조방법은 복수의 알루미늄 패드를 포함하는 소자를 준비하는 단계를 포함한다.

상기 소자는 알루미늄 패드를 포함하는 CMOS 소자일 수 있으며, 또는 알루미늄을 증착하여 자체 제작된 마이크로 전극 어레이를 포함하는 소자일 수도 있다.

상기 알루미늄 패드는 최종적으로 전극이 형성되는 부분일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 인공망막 장치의 제조방법은 상기 알루미늄 패드의 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 단계는 상기 알루미늄 패드 표면에 양극산화를 수행하여, 나노 기공을 포함하는 알루미나층을 형성하는 단계 및 상기 알루미나층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

양극산화를 수행하여 알루미나층을 형성하는 경우, 균일한 나노기공을 가지는 나노 다공성 알루미나가 형성되며, 이후 알루미나층을 제거함으로써 알루미늄 표면에 규칙적으로 배열된 홀이 형성되게 된다.

이러한 홀은 반구 형상을 가질 수 있으며, 이러한 홀이 형성된 알루미늄 표면은 나노 딤플 패턴을 가질 수 있다.

상기 실시예에 따른 제조과정은 도 3을 통하여 보다 상세히 이해할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 단계는 상기 알루미늄 패드 표면에 나노 인덴터를 이용하여 홀의 베이스 패턴을 형성하는 단계 및 상기 소자 표면을 에칭하여, 상기 알루미늄 패드 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단계에서 나노 인덴터를 이용하여 알루미늄 패드 표면에 홀의 베이스 패턴을 형성할 수 있으며, 추후 이를 에칭함으로써 완전한 형태의 홀의 패턴을 형성하게 된다.

상기 실시예에 따른 제조과정은 도 4를 통하여 보다 상세히 이해할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 단계는 포토레지스트가 상기 알루미늄 패드를 덮을 수 있도록 상기 소자 표면에 포토레지스트를 도포하는 단계, 나노 임프린트 몰드를 이용하여 상기 알루미늄 패드의 상부에 위치하는 포토레지스트 영역에 복수의 홀을 형성하는 단계 및 상기 소자 표면을 에칭하여, 상기 알루미늄 패드 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

포토레지스트를 소자 표면에 도포한 후, 나노 임프린트 몰드로 포토레지스트를 가압하여 상기 알루미늄 패드의 상부에 위치하는 포토레지스트 영역에 특정 패턴을 형성할 수 있다.

몰드를 이형시킨 이후, 소자 표면을 에칭하는 경우, 상기 알루미늄 패드 표면에 복수의 홀을 형성시킬 수 있다.

이에 따라, 알루미늄 표면에 규칙적으로 배열된 홀을 형성할 수 있으며, 이러한 홀은 반구 형상을 가질 수 있고, 이러한 홀이 형성된 알루미늄 표면은 나노 딤플 패턴을 가질 수 있다.

상기 실시예에 따른 제조과정은 도 5를 통하여 보다 상세히 이해할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 인공망막 장치의 제조방법은 상기 알루미늄 패드 상에 귀금속층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 알루미늄 패드 표면에는 복수의 홀이 규칙적으로 배열되어 있으며, 상기 귀금속층은 이러한 알루미늄 패드 표면을 따라 형성된다.

상기 귀금속층은 상술한 바와 같이 백금, 금, 이리듐 및 이리듐 옥사이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.

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.

<실시예 1> 양극산화법의 이용

500nm 정도의 알루미늄 패드가 형성되어 있는 CMOS 센서 또는 전극이 형성될 위치에 500 nm ~ 1 ㎛의 알루미늄이 증착된 자체 제작된 MEAs를 준비하였다.

이 때, 알루미늄의 표면은 도 3의 (a-1)과 같이 수 나노미터 이하의 표면 거칠기를 가지기 때문에 경면에 가깝다.

도 3의 (b)는 선택적 알루미늄 양극산화를 위해 알루미늄이 아닌 부위를 PR(photoresist)로 도포하기 위하여 포토리소그래피 공정을 수행한 모습을 나타낸다. 이 후, 도 3의 (c)와 같이 노출된 알루미늄을 선택적으로 양극산화하며, 도 3의 (c-1)은 알루미늄 부분을 확대한 모습으로, 알루미늄 양극산화를 통해 균일한 알루미나 나노기공이 형성되었음을 알 수 있다.

이 때, 알루미늄 양극산화 공정은 황산, 수산, 인산 수용액 등을 전해액으로 사용할 수 있으며, 각 전해액을 통해 20 nm 내지 450nm의 기공을 갖는 알루미나 나노 기공을 설계 및 제작 할 수 있다.

다음으로, 알루미늄 표면에 형성된 나노 다공성 알루미나를 0.1 M의 인산 수용액을 통해 습식식각을 수행하며, 이에 따라 도 3의 (d)와 같이 나노 다공성 알루미나를 제거함으로써, 알루미늄 표면에 반구 형상의 나노 딤플 어레이 패턴이 형성된다.

그 후, 나노 딤플 패턴 상에 Pt, Au, IrOx 등의 귀금속을 증착하기 위한 공정을 수행한다. 도 3의 (e)와 같이 표면에 패터닝된 PR을 제거한 뒤, 도 3의 (f)와 같이 Pt 등과 같은 귀금속을 PVD 등의 방법을 사용하여 증착하였다.

다음으로, 도 3의 (g)와 같이 전극이 아닌 부분의 귀금속을 식각하기 위하여 전극 부분을 보호하기 위한 PR 마스크를 포토리소그래피 공정으로 제작한 후, 반응성 이온 에칭 공정을 통해 도 3의 (h)와 같이 전극이 아닌 부분의 귀금속을 제거하였다. 최종적으로 도 3의 (i)와 같이 PR 마스크를 제거하면 도 3의 (i-1)과 같이 홀의 규칙적인 배열에 의하여 나노 딤플 패턴이 표면에 형성된 전극을 얻을 수 있다.

<실시예 2> 나노 인덴테이션법의 이용

다른 공정은 실시예 1과 동일하되, 알루미늄 표면에 나노 딤플(홀) 구조의 베이스 패턴을 형성하기 위하여 나노 인덴테이션을 이용하였다.

알루미늄을 나노 인덴터로 가압하여 홀의 베이스 패턴을 형성하였으며(도 4의 (c)), 이 후 습식 식각을 수행함으로써 알루미늄 표면에 반구 형상의 나노 딤플 어레이 패턴을 형성하였다(도 4의 (d)).

이 후에 귀금속을 알루미늄 표면에 증착하는 과정은 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

<실시예 3> 나노 임프린트법의 이용

실시예 1과 동일한 형태의 소자를 준비하였으며, 소자 표면 전체에 PR을 코팅하였다(도 5의 (b)).

이 후, 알루미늄 패드 상부에 위치하는 PR을 나노 임프린트 몰드를 이용하여 가압하였으며(도 5의 (c)), 플라즈마 식각을 실시함으로써 알루미늄 패드 상부의 PR이 특정 패턴을 가지게 된다(도 5의 (d)).

다음으로, 습식 식각을 실시하게 되면, 알루미늄 패턴 상부 PR의 패턴에 따라, PR의 두께 차이에 의해 알루미늄 상에 복수의 홀이 형성되게 된다(도 5의 (e)).

<비교예 1>

전극에 대하여 별도의 표면 처리를 수행하지 않아, 평평한 표면을 가지는 전극을 준비하였다.

<비교예 2>

실시예 1 내지 실시예 3에 비하여 홀이 깊이가 더 커서, 나노 필라 구조에 해당되는 고종횡비의 홀이 배열된 표면을 가지는 전극을 준비하였다.

<실험예 1> 전극 표면의 모폴로지 분석

실시예 1의 제조과정에 따른 표면을 전자현미경으로 관찰하여, 도 6에 나타내었다.

도 6의 (a)는 도 3의 (a-1)과 매칭되는 전자현미경 사진이며, 일반적인 스퍼터 증착 시 알루미늄의 표면은 수 나노미터 이하의 표면 거칠기를 가지기 때문에 경면에 가깝다는 것을 확인할 수 있다.

도 6의 (b)는 도 3의 (c-1)과 매칭되는 전자현미경 사진이며, 알루미늄 양극산화 공정 후 알루미늄 표면 상에 나노 다공성 알루미나 구조물이 형성된다는 것을 확인할 수 있다.

도 6의 (c)는 도 3의 (d-1)과 매칭되는 전자현미경 사진이며, 나노 다공성 알루미나를 제거한 후 알루미늄 표면에 홀이 규칙적으로 배열된 나노 딤플 구조를 확인할 수 있다.

이 후 귀금속의 전극 물질을 추가로 수백 나노미터 증착하게 되며, 요구 조건에 따라 홀의 곡률반경과 홀 간의 거리를 수십 내지 수백 나노미터로 변경할 수 있다.

<실험예 2> 세포와의 부착 면적 평가

실시예 1 및 비교예 1, 비교예 2의 전극 표면에 대하여, 세포 부착 특성을 분석하여, 아래의 표 1 및 도 6, 도 7에 나타내었다.

	비교예 1	비교예 2	실시예 1
Center-to-center distance (nm)	-	488±18	485±21
Pore diameter (D) (nm)	-	203±11	420±31
Pore depth (H) (nm)	-	~500	143±15
Aspect ratio (H/D)	-	2.46	0.34
Adherable area (%)	100	86.1	130.6

도 7은 비교예 1, 비교예 2 및 실시예1의 전극 표면에서의 세포 부착 모습을 보여주는 전자현미경 사진과 모식도이다.

도 7의 (a)의 비교예 1의 전극 표면에서의 세포 형상(morphology)이 정상적인 세포의 부착 형상으로 볼 수 있다.

비교예 2의 전극 표면에서의 세포는 라멜리포디아(lamellipodia; 세포가 이동하기 위해 세포막 내에서 세포골격을 뭉쳐 뻗치는 넓은 부분)와 필로포디아(filopodia; 세포골격을 뭉쳐 focal adhesion을 하기 위해 뻗치는 가장 돌출된 부분)가 나노 구조물의 가장 위 부분에만 부착한 것을 확인할 수 있다.

실시예 1의 전극 표면에서는 비교예 1과 유사하게 넓게 펼쳐진 세포의 모습을 관찰할 수 있으며, 도 7의 (b)에서 확인할 수 있듯이 비교예 2는 세포가 나노 기공 내부로 접촉하지 못하나 실시예 1은 낮은 종횡비(Aspect ratio (H/D))로 나노 기공의 모든 면적에 접촉한 것을 확인할 수 있다. 또한 실시예 1의 그 면적은 비교예 2에 비하여 넓은 것을 직관적으로 확인할 수 있다.

도 8은 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1의 전극 표면에서의 세포의 focal adhesion(세포가 이동과 부착을 하기 위해 세포골격을 뭉쳐 바닥에 접촉하는 포인트 부분) 개수를 비교한 표이며, 실시예 1의 경우가 비교예 1보다 높고, 비교예 2에 비하여는 약 2배 가량 높은 것을 확인할 수 있다.

<실험예 3> 세포와의 접촉 면적 평가

비교예 2 및 실시예1에 대하여, 전극에 대한 세포부착 면적 증가를 증명하기 위해 FEM(Finite Element Method) 시뮬레이션을 수행하였다.

전극에 대하여는 일반적인 Pt의 물성 값을 입력하였으며, 망막은 non-linear hyper-elastic material로 설정하여 아래 표 2와 같은 기계적 물성을 입력하고 정상 안압인 2 kPa를 인가하여 구조해석을 수행하였다.

Young's modulus	20 kPa
Poisson ratio	0.47
Density	1033 kg/m³
Bulk modulus	100 MPa
Mooney-Rivlin two parameter	C₁₀	0.011765 MPa
	C₀₁	0.027 MPa

도 9는 비교예 2와 실시예 1의 전극과 맞닿은 망막조직이 정상 안압인 2 kPa이 가해졌을 때의 FEM 시뮬레이션 결과를 보여준다.

도 9의 (a)와 같이 나노 필라 구조를 가지는 비교예 2의 경우 표면적은 더 넓지만, 망막의 조직과 접촉하는 면적은 극도로 적은 것을 알 수 있으며, 도 9의 (b)와 같이 나노 딤플 구조를 가지는 실시예 1의 경우 평면에 비해 표면적이 증가하며 모든 면적에 망막 조직이 닿는 것을 확인할 수 있다.

즉, 실험예2 및 실험예 3의 결과를 종합하여 볼 때, 기존의 나노 파티클, 나노 필라, 나노 꽃 등의 구조는 기공률이 높아 표면적을 향상시킬 수는 있지만 실제 세포(조직)와 접촉하는 면적이 높을 수는 없으며, 오히려 평면 전극보다 낮을 수 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명의 실시예와 같이 낮은 종횡비의 홀이 규칙적으로 배열된 나노 딤플 구조화 전극 표면은 기존 나노 구조화 표면 및 평면보다 월등히 높은 세포 접촉 면적을 가질 수 있음을 보여준다.

또한 전극과 맞닿는 양극 세포 덴드라이트(bipolar cell dendrite)의 dendritic tip은 수백 나노미터 수준의 크기로, 본 발명의 실시예의 나노 딤플 구조의 홀의 크기와 유사한 바, dendritic tip과 전극의 접촉 및 자극 전달에 있어 수 나노 내지 수십 나노 수준의 돌기 형태인 다른 나노 구조화 전극에 비하여 보다 더 효과적일 것임을 예측할 수 있다.

Claims

안구 내에 삽입되는 기판; 및
상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 망막신경세포를 자극하는 복수 개의 전극;
을 포함하는 인공망막 장치로,
상기 전극의 표면은 복수 개의 홀을 포함하며,
상기 홀의 깊이(H) 및 직경(D) 비율(H/D)은 1 이하이고,
상기 홀의 직경은 1 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
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제1항에 있어서,
상기 전극은
알루미늄층; 및
상기 알루미늄층 상에 위치하는 귀금속층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
제4항에 있어서,
상기 알루미늄층은 복수의 홀을 포함하며,
상기 귀금속층은 상기 알루미늄층 표면의 곡률을 따라 알루미늄층 상에 형성된 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
제1항의 인공망막 장치를 제조하는 방법으로,
복수의 알루미늄 패드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 알루미늄 패드의 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계; 및
상기 알루미늄 패드 상에 귀금속층을 형성하는 단계;
를 포함하는 인공망막 장치의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 알루미늄 패드의 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계는
상기 알루미늄 패드 표면에 양극산화를 수행하여, 나노 기공을 포함하는 알루미나층을 형성하는 단계; 및
상기 알루미나층을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 알루미늄 패드의 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계는
상기 알루미늄 패드 표면에 나노 인덴터를 이용하여 홀의 베이스 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 소자 표면을 에칭하여, 상기 알루미늄 패드 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 알루미늄 패드의 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계는
포토레지스트가 상기 알루미늄 패드를 덮을 수 있도록 상기 소자 표면에 포토레지스트를 도포하는 단계;
나노 임프린트 몰드를 이용하여 상기 알루미늄 패드의 상부에 위치하는 포토레지스트 영역에 복수의 홀을 형성하는 단계; 및
상기 소자 표면을 에칭하여, 상기 알루미늄 패드 표면에 복수의 홀을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치의 제조방법.