Эпиретинальный имплантат

Эпиретинальный имплантат

Реферат

Изобретение относится к офтальмологическим протезам, в частности к устройствам, вызывающим с помощью электрической стимуляции тканей ретины ощущение света у пациентов, страдающих от потери зрения в результате нарушения работы каких-либо слоев сетчатки, например, слоя фоторецепторов или пигментного эпителия.

Многие случаи потери зрения обусловлены не полным разрушением ретины, а дегенерацией только отдельных ее слоев. При этом существует возможность протезировать нефункциональные области и вызывать у пациента зрительные ощущения с помощью электростимуляции функционирующих слоев ретины. Лабораторные исследования с электрически изолированными платиновыми электродами, выходящими за пределы глаза, подтвердили верность такого подхода (Humayn, M., et al., Archiv. Ophthalmol., 114:40-46, 1996).

Однако такого рода протезы, пригодные для имплантации на длительный срок, не могут иметь проводного соединения с внешними устройствами. Им приходится полагаться на внутренние источники электропитания (например, фотобатареи или приемные катушки), что существенно ограничивает их мощность, а значит, и возможности по электростимуляции. Так, например, американская фирма "OptoBionics" (http://www.optibionics/com) провела ряд операций по протезированию человеческой сетчатки с помощью кремниевого имплантата, несущего на себе фотодиодную матрицу и не требующего подключения внешних приборов, однако сообщения о возникновении у пациентов светоошушения не поступало. Примененный фирмой "OptoBionics" субретинальный имплантат был изготовлен с применением обычной для микроэлектроники планарной технологии, то есть возбуждающие электроды были выполнены в виде плоских контактных площадок. Такая конструкция равномерно распределяет весь генерируемый фотодиодом ток по площади контактной площадки. Вследствие этого плотность тока оказывается недостаточной для возбуждения клеток сетчатки и формирования светоощущения. Необходимо отметить, что планарное исполнение указанного имплантата во многом обусловлено его субретинальным креплением. Действительно, при введении имплантата субретинально существует опасность повреждения структуры ретины, особенно в случае имплантата с выступающими над общей поверхностью электродами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является эпиретинальный имплантат (US 5895415 А,20.04.1999), содержащий фотодиоды, включающие р- и n-области, являющиеся возбуждающими электродами, выступающими над общей поверхностью имплантата, заданной слоем фотодиодов. Такой выступающий возбуждающий электрод изготовлен из металла, частично покрыт диэлектрической пленкой. Таким образом, генерируемый фотодиодом ток концентрируется на меньшей площади, что должно увеличить вероятность возникновения светоощущения.

Однако миниатюризация всего имплантата возможна только до некоторого предела. Действительно, существует минимальное значение тока, который способен вызывать у пациента светоощущение, что задает минимальную площадь приемной части фотодиода, а значит, и максимальное число элементов генерируемого изображения.

Кроме того, электрический ток, генерируемый имплантатом, приводит к электрическим реакциям в тканях ретины, что ведет к их интоксикации. Особенно такое влияние имплантата опасно в случае его длительного применения.

Этот металлический электрод высотой до 200 микрометров (с целью обеспечения биоинертности и апирогенности) выполнен из золота или платины методом выращивания контактов для межкристальных соединений (http://www.amkor/com/servicer/bumping/index/cfm).

Однако стандартным материалом для этого процесса является принцип, состоящий из дешевых и легкоплавких олова и свинца. Доработка стандартного метода с целью возможности применения в нем более тугоплавких материалов, представляется чрезвычайно сложной и дорогостоящей. Также на себестоимости отрицательно скажется необходимость нанесения на его поверхность пленки дорогостоящего благородного металла толщиной до 200 микрометров.

Задачей изобретения является разработка эпиретинального имплантата для формирования зрительного ощущения с целью повышения качества изображения, генерируемого эпиретинальным имплантатом, исключение повреждения тканей ретины продуктами электрических реакций в ходе эксплуатации имплантата и снижения себестоимости имплантата.

Технический результат согласно изобретению достигается тем, что в эпиретинальном имплантате, содержащем фотодиоды, включающие р- и n-области, являющиеся возбуждающими электродами, возбуждающие электроды расположены на обращенной к ретине стороне имплантата и выполнены в виде полностью покрытых слоем диэлектрика проводящих игл.

На чертеже изображен имплантат с общей для всех фотодиодов р-областью 1, но изолированными n-областями 2, при этом n-области 2 заканчиваются возбуждающими электродами 4, выполненными в форме проводящих игл и покрытыми тонким слоем диэлектрика 5.

В предложенном имплантате р- и n-области отдельного фотодиода, входящего в состав имплантата, не замкнуты между собой через проводящую внешнюю среду, и возбуждающий электрод данного фотодиода расположен на обращенной к ретине стороне имплантата. В таком разомкнутом режиме между р-областями 1 и n-областями 2 возникает разность потенциалов, зависящая от интенсивности падающего света 6, но не зависящая от площади фотодиода. Последнее обстоятельство позволяет возбуждать ткани ретины фотодиодами сколь угодно малого размера, что позволяет наращивать разрешение имплантата до обусловленного техническими нормами микроэлектронного производства.

Также известно, что при постоянной разности потенциалов U напряженность Е электрического поля сильно растет с уменьшением радиуса острия r:

Е≈U/r.

Методы кремниевой микромеханики позволяют изготавливать имплантаты с радиусом закругления возбуждающего электрода менее 10 нм, что позволяет локализовать сигнал от фотодиода в районе отдельной клетки и достичь большой его амплитуды. Это приведет к дополнительному увеличению чувствительности имплантата.

Надо отметить, что при работе фотодиода в разомкнутом режиме электрический ток течет только внутри самого фотодиода через его обедненный слой 3. Ткани ретины возбуждаются не током, а потенциалом на возбуждающем электроде и не травмируются в результате электрических реакций. Правильным подбором тока утечки фотодиода можно обеспечить постепенное спадение напряженности электрического поля на возбуждающем электроде. Это позволяет зрительно зафиксировать даже короткое по времени возбуждение, которое интегрально не создает в фотодиоде достаточно свободных зарядов для преодоления порога возбуждения тканей ретины током, но способно создать существенную разность потенциалов между р- и n-областями разомкнутого фотодиода.

Так как возбуждающий электрод в предложенном имплантате полностью покрыт слоем диэлектрика, то снимаются ограничения по применяемому для его изготовления материалу. Так в этом качестве может выступать, например, кремний или поликремний, применяемые для изготовления самого фотодиода, что позволяет совместить фотодиод и возбуждающий электрод, существенно упрощая тем самым производственный процесс.

Эпиретинальный имплантат, содержащий фотодиоды, включающие р- и n-области, являющиеся возбуждающими электродами, отличающийся тем, что возбуждающие электроды расположены на обращенной к ретине стороне имплантата и выполнены в виде полностью покрытых слоем диэлектрика проводящих игл.