DE69632272T2

DE69632272T2 - Retinal-implantat aus mehrphasigen mikrofotodioden

Info

Publication number: DE69632272T2
Application number: DE69632272T
Authority: DE
Inventors: Corp Naperville Optobionics
Original assignee: Optobionics Corp
Current assignee: Optobionics Corp
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: AU709207B2; EP0957975B1; EP0957975A1; ES2218589T3; CA2222741C; AU6039996A; US6611716B2; EP1435255A2; DE69636151T2; EP1435255B1; ATE326260T1; US20020087202A1; EP1435255A3; US7139612B2; KR100485054B1; JPH11506662A; WO1996039221A1; KR100485053B1; DE69632272D1; US6230057B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Produkt, das dazu verwendet werden kann, Sehverlust oder sogar vollständige Blindheit, die von einigen retinalen Krankheiten verursacht wird, zu korrigieren. Verschiedene retinale Krankheiten verursachen Sehverlust oder Blindheit durch Zerstörung der Gefäßschichten des Auges einschließlich der Choroidea, Choriokapillaris und der äußeren retinalen Schichten einschließlich der Bruch'schen Membran und des retinalen Pigmentepithels. Auf den Verlust dieser Schichten folgt eine Degeneration der äußeren Bereiche der inneren Retina, beginnend mit der Fotorezeptorschicht. Ein variables Auslassen bzw. Verschonen der verbleibenden inneren Retina, bestehend aus der äußeren Körnerschicht, der äußeren plexiformen Schicht, der inneren Körnerschicht, der inneren plexiformen Schicht, der Ganglienzellschicht und der Nervenfaserschicht, kann auftreten. Das Verschonen der inneren Retina ermöglicht eine elektrische Stimulation dieser Struktur, um den Sinneseindruck von Licht zu erzeugen.
Bisherige Bemühungen, Sehen durch elektrische Stimulation verschiedener Bereiche der Retina zu erzeugen, sind berichtet worden. Ein solcher Versuch beinhaltete eine extern mit Energie versorgte fotosensitive Einrichtung mit fotoaktiver Oberfläche und Elektrodenoberflächen auf entgegengesetzten Seiten. Diese Einrichtung würde theoretisch die Nervenfaserschicht stimulieren, indem sie direkt auf dieser Schicht von der Seite des Glaskörpers her angeordnet wird. Der Erfolg dieser Einrichtung ist unwahrscheinlich, aufgrund dessen, dass sie die komplexen frequenzmodulierten neuronalen Signale der Nervenfaserschicht kopieren muss. Weiterhin verläuft die Nervenfaserschicht in einer im Allgemeinen radialen Richtung mit vielen Schichten überlappender Bahnen aus verschiedenen Bereichen der Retina. Die Auswahl der entsprechenden zu stimulierenden Nervenfasern, um geformtes Sehen zu erzeugen, wäre extrem schwierig, wenn nicht unmöglich.
Eine andere Einrichtung beinhaltete eine Einheit, bestehend aus einer tragenden Basis, auf die ein lichtempfindliches Material wie etwa Selen geschichtet wurde. Diese Einrichtung war so ausgestaltet, dass sie durch einen externen skleralen Einschnitt am hinteren Pol eingebracht werden kann, und zwischen der Sklera und der Choroidea oder zwischen der Choroidea und der Retina angeordnet wäre. Licht würde das Entstehen eines Potenzials auf der lichtempfindlichen Oberfläche verursachen, was Ionen erzeugt, die dann theoretisch in die Retina migrieren und eine Stimulation verursachen. Weil diese Einrichtung jedoch keine diskrete Oberflächenstruktur hatte, um den gerichteten Fluss der Ladungen zu begrenzen, würden laterale Migration und Diffusion der Ladungen auftreten, wodurch die Möglichkeit für eine annehmbare Auflösung verhindert würde. Das Anordnen dieser Einrichtung zwischen der Sklera und der Choroidea würde auch zu einer Blockierung der diskreten Ionenmigration zu den Fotorezeptoren und den inneren retinalen Schichten führen. Dies war aufgrund des Vorhandenseins der Choroidea, der Choriokapillaris, der Bruch'schen Membran und der retinalen Pigmentepithel-Schicht, von denen alle den Durchgang dieser Ionen blockieren würden, der Fall. Das Anordnen dieser Einrichtung zwischen der Choroidea und der Retina würde immer noch die Bruch'sche Membran und die retinale Pigmentepithel-Schicht in den Weg der diskreten Ionenmigration stellen. Aufgrund dessen, dass diese Einrichtung in oder durch die gefäßreiche Choroidea des hinteren Pols eingebracht würde, würden voraussichtlich subchoroidale, intraretinale und intraorbitale Blutungen auftreten, einhergehend mit Unterbrechung des Blutflusses zu dem hinteren Pol. Es wurde berichtet, dass eine solche Einrichtung hergestellt und in das Auge eines Patienten implantiert wurde, was zu Lichtwahrnehmung aber nicht zu geformten Abbilden führte.
Eine künstliche Retina mit fotovoltaischer Einrichtung wurde auch in dem US-Patent Nr. 5,024,223 offenbart. Diese Einrichtung wurde in den Potenzialraum innerhalb der Retina selbst eingebracht. Dieser Raum, der subretinale Raum genannt, befindet sich zwischen der äußeren und der inneren Schicht der Retina. Die Einrichtung umfasste eine Vielzahl sogenannter Oberflächenelektroden-Mikrofotodioden ("SEMCPs"), die auf einem einzelnen Siliziumkristallsubstrat angeordnet waren. Die SEMCPs wandelten Licht in kleine elektrische Ströme um, die die darüber liegenden und umgebenden inneren retinalen Zellen stimulierten. Aufgrund des festen Substrats der SEMCPs trat eine Blockierung der Nährstoffe von der Choroidea zu der inneren Retina auf. Selbst mit Fenestrationen mit verschiedenen Geometrien war das Durchdringen des Sauerstoffs und biologischer Substanzen nicht optimal.
Eine andere Methode für eine fotovoltaische künstliche Retinaeinrichtung wurde im US-Patent Nr. 5,397,350 berichtet. Diese Einrichtung umfasst eine Vielzahl sogenannter unabhängige Oberflächenelektroden-Mikrofotodioden (ISEMCPs), die innerhalb eines Flüssigkeitsträgers eingebracht werden, ebenso für das Anordnen in den subretinalen Raum des Auges. Aufgrund des offenen Raumes zwischen benachbarten ISEMCPs können Nährstoffe und Sauerstoff von der äußeren Retina in die inneren retinalen Schichten fließen und diese Schichten versorgen. In einer anderen Ausführungsform dieser Einrichtung enthielt jede ISEMCP eine elektrische Kondensatorschicht und wurde ein ISEMCP-C genannt. ISEMCP-Cs erzeugen in der Dunkelheit einen begrenzten elektrischen Strom, der verglichen zum im Licht erzeugten Strom von entgegengesetzter Richtung ist, um Sehempfindungen wirksamer zu induzieren und um zu verhindern, dass die Retina aufgrund länger anhaltender Stimulation mit monophasischem elektrischen Strom durch Elektrolyse geschädigt wird.
Diese bisherigen Einrichtungen (SEMCPs, ISEMCPs, und ISEMCP-Cs) hängen vom Licht in der Sehumgebung ab, um sie anzutreiben. Die Fähigkeit dieser Einrichtungen unter Bedingungen mit kontinuierlich schwachem Licht zu funktionieren, war deshalb begrenzt. Das Ausrichten der ISEMCPs und ISEMCP-Cs in dem subretinalen Raum, so dass sie alle dem einfallenden Licht gegenüberstehen, war ebenfalls schwierig.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung ermöglicht das Implantieren von mikroskopischen Implantaten in das erkrankte Auge, so dass das System in kontinuierlich niedrigen Lichtniveaus arbeiten kann und auch eine verbesserte Wahrnehmung von hellen und dunklen Details erzeugt. Diese Erfindung betrifft Retinaimplantate mit multiphasischen Mikrofotodioden ("MMRIs") von mikroskopischer Größe, die in das Auge implantiert werden. Ein äußerlich getragenes adaptives abbildendes Retinastimulations-System ("AIRES") kann infrarotes Licht verwenden, um die MMRIs zu stimulieren, unter Bedingungen schwachen Lichts einen "Dunkelstrom" in der Retina zu erzeugen, und die Wahrnehmung von hellen und dunklen Details zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Retinaimplantat zur Verfügung, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. In der Anwendung wird eine Gruppe solcher MMRIs in den sogenannten "subretinalen Raum" zwischen der äußeren und der inneren Retina in das Auge implantiert, so dass zufällig verteilt, etwa die Hälfte von ihnen (das heißt die erste Untergruppe) so orientiert sein wird, dass deren P-Seiten dem in das Auge einfallenden Licht zugewandt sein wird, und etwa die andere Hälfte (das heißt die zweite Untergruppe) so aus gerichtet ist, dass deren N-Seiten dem in das Auge einfallenden Licht zugewandt sein werden.
In dieser Lage und Ausrichtung wandelt die erste Untergruppe der MMRIs Energie aus dem hereinkommenden sichtbaren Licht in kleine elektrische Ströme um, wodurch in dem Auge die Empfindung von Licht stimuliert wird, um geformtes Sehen zu erzeugen. Mit anderen Worten wandelt die erste Untergruppe sichtbares Licht in elektrischen Strom um, wodurch die Retina mit "Hellströmen" stimuliert wird, um so die Wahrnehmung von sichtbaren Licht zu induzieren. Die zweite Untergruppe der MMRIs wandelt infrarotes Licht, das von AIRES zur Verfügung gestellt wird, in elektrische Ströme um, wodurch die Retina mit "Dunkelströmen" unter Bedingungen schwachen Lichts stimuliert wird, um die Wahrnehmung von Dunkelheit zu induzieren.
Das adaptive abbildende Retinastimulations-System oder AIRES umfasst ein optisches System zur Projektion und Nachführung ("PTOS"), einen Neuro-Netz-Computer ("NNC"), eine abbildende CCD-Kamera ("IMCCD") und eine Eingabeeinrichtung mit Stift ("ISP").
AIRES umfasst Komponenten von Untersystemen: ein optisches System zur Projektion und Nachführung (PTOS), ein Neuronal-Netz-Computer (NNC), eine abbildende CCD-Kamera (IMCCD) und eine Eingabeeinrichtung mit Stift (ISP). Während des Betriebs "sieht" und interpretiert AIRES Details und Eigenschaften von Bildern über seine eigene IMCCD und verarbeitet diese Information mit seinem NNC. Dann projiziert es moduliertes infrarotes Licht und/oder Bilder und wenn nötig Bilder mit sichtbaren Licht in das Auge, um die Funktion des Implantats zu beeinflussen. Durch die Verwendung von teilweise spiegelnden und durchlässigen Spiegeln in dem PTOS projiziert AIRES infrarotes und sichtbares Licht/Bilder, die den Bildern aus dem sichtbaren Spektrum, welche in das Auge aus der Umgebung hineingehen, überlagert werden. Anfänglich wird AIRES unter Verwendung von "Patienteneingaben" aus einer Eingabeeinrichtung, wie etwa einem Zeichentablett, programmiert, um den NNC zu "trainieren", wie die Implantatfunktion verändert werden soll, um genaue Bilder zu erzeugen. Nach dem Training wird AIRES verbesserte Fähigkeiten haben, die Implantatfunktion mit geringer zusätzlicher Patientenunterstützung zu modulieren. Die wichtigsten Vorteile dieses Kombinations-Systems von MMRI plus AIRES gegenüber dem vorherigen Stand der Technik ist, dass das kombinierte System in Umgebungen mit schwachen Licht immer noch funktionieren kann, und dass "Hell" und "Dunkel" Ströme durch AIRES genau abgestimmt werden können, um optimale Bilder zur Verfügung zu stellen. Die Erzeugung von entgegengesetzten Licht- und Dunkelströmen wird auch jeden zerstörerischen Effekt durch Elektrolyse verringern und die Bioverträglichkeit des Implantats verbessern.
Die PTOS Kopfeinrichtung des AIRES wird vom Patienten getragen und projiziert Bilder und Beleuchtung mit infrarotem (IR) und sichtbaren Licht veränderlicher Intensität in das Auge, unter Verwendung einer für infrarotes und sichtbares Licht geeigneten CRT (IRVCRT). Diese Bilder und die Beleuchtung mit IR und sichtbarem Licht wird die Funktion der MMRI-Untereinheiten des Implantats verändern, indem ihre Stromausgabe moduliert wird. In Dunkelheit ist die IR-Beleuchtung die dominierende Leistungsquelle und betreibt die MMRI-NiP-Anordnung zur Erzeugung von elektrischen Strömen, die die Sehempfindung von Dunkelheit stimulieren werden. Jedoch wird der durch IR-induzierte NiP-Strom durch das PTOS über die NNC-Steuerung aufgrund von Informationen verändert, die von den Umgebungslichtsensoren des PTOS und der IMCCD zur Verfügung gestellt werden. Unter hellen Lichtbedingungen wird ein höherer Strom in der MMRI-PiN-Anordnung durch das Umgebungslicht induziert, und es wird ein modulierter niedrigerer MMRI-NiP-Strom abgegeben. Dieses erzeugt eine Netto-Empfindung von Licht. Weil Bilder in der normalen Umgebung ständig wechselnde Hell- und Dunkeleigenschaften haben, werden auch die elektrischen Ausgaben der Implantate schnell zwischen "Hellströmen" und "Dunkelströmen" wechseln. Eine Modulation des "Hellstroms" des Implantats kann auch durch das AIRES-PTOS durchgeführt werden, indem zusätzliche Bilder sichtbaren Lichts projiziert werden, überlagert über die Bilder mit dem Umgebungslicht. Während des Betriebes verwendetes AIRES seinen NNC, um die durch seine IMCCD zur Verfügung gestellten digitalisierten Bilder zu verarbeiten. AIRES projiziert überlagerte Bilder, Echtzeit-Videobilder, sichtbare und infrarote Bilder auf das Retinaimplantat. Diese Bilder können entweder simultan oder in schneller Aufeinanderfolge von dem IRVCRT angezeigt werden. Alternativ dazu, kann jede geeignete Anzeigeeinrichtung, wie etwa eine gefilterte aktive Matrix-LCD, eine LED-Anzeige oder eine gefilterte Plasmaanzeige verwendet werden, um das sichtbare und infrarote Licht und die Bilder zu erzeugen. AIRES steuert die von dem PTOS projizierten Bilder durch Änderung der Wellenlänge, Intensität, Dauer und Frequenz. Eine Patienten-Eingabeeinrichtung (z. B. ein Eingabe-Zeichentablett) ist auch mit dem NNC verbunden und ermöglicht es dem Patienten, die Bilder, die durch die PTOS Kopfeinrichtung mit infrarotem und sichtbarem Licht erzeugt werden, zu verändern. Diese Patienten-"Rückkopplung" wird von dem AIRES NNC ausgewertet, dann mit den computerverarbeiteten Bildern aus der IMCCD verglichen, und die Unterschiede werden von der AIRES Neuro-Netz-Software erlernt. Nach einer Lernperiode ist der NNC dazu in der Lage, die von dem Computer erzeugten sichtbaren und infraroten Bilder automatisch einzustellen, um die Bildqualität ohne Unterstützung durch den Patienten zu verbessern. Durch Einstellung der Stimulationsfrequenz und -dauer der infraroten und sichtbaren Bilder des PTOS wird AIRES auch dazu in der Lage sein, bei einigen Patienten den Eindruck von Farbe zu stimulieren. Dies geschieht auf eine Weise, die ähnlich zu der bei normalsichtigen Personen induzierten Farbempfindung bei der Verwendung eines drehenden schwarzen und weißen Benham-Kreisels oder bei der Verwendung von frequenzmodulierten Schwarz/Weiß-Fernsehmonitoren ist.
Das MMRI dieser Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik in erster Linie auf die folgende Weise. Sichtbare und infrarote Bilder und Licht werden verwendet, um die MMRI-Funktion selektiv zu modulieren. Ein MMRI kann mit Licht von jeder seiner zwei fotoaktiven Seiten stimuliert werden und erzeugt lokalisierten stimulierenden elektrischen Strom von beiden Seiten. Die abgeflachten Formen der MMRIs ermöglichen eine vorzugsweise Ausrichtung der Einrichtungen auf das einfallende Licht, wenn es in dem subretinalen Raum angeordnet wird. Bei Verwendung des AIRES-Systems kann die elektrische Ausgabe der MMRIs für individuelle Patientenbedürfnisse programmiert werden. Der Aufbau der MMRIs ermöglicht auch die Alternative, sie dazu zu verwenden, um die Nervenfaserschicht, die Ganglienzellschicht oder die innere plexiforme Schicht der Retina von der Seite des Glaskörpers her zu stimulieren; oder sie dazu zu verwenden, die restliche fotorezeptive Schicht, die bipolare Zellschicht, oder die innere plexiforme Schicht von dem subretinalen Raum her zu stimulieren, indem ihre Polaritäten während der Herstellung umgekehrt werden. Die biphasische Art des elektrischen Stroms der von den MMRIs ausgegeben wird, ist auch biologisch besser verträglich als die meistens monophasische Art der elektrischen Stimulation nach dem bisherigen Stand der Technik.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine ebene Ansicht einer Ausführungsform des Retinaimplantats mit Mikrofotodiode dieser Erfindung (MMRI);
2 ist ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie II-II der 1;
3 ist eine ebene Ansicht einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung (MMRI-E);
4 ist ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie IV-IV der 3;
5 zeigt den Herstellungsprozess des Mikrofotodiode-Retinaimplantats nach 1 (MMRI);
6 ist eine ebene Ansicht einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung (MMRI-4), welche aus zwei Paaren von MMRI-Untereinheiten zusammengesetzt ist;
7 ist eine perspektivische Ansicht im Querschnitt entlang der Ebene der Linie VI-VI der 6;
8 ist eine ebene Ansicht einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung (MMRI-4E), die aus zwei Paaren von MMRI-E Untereinheiten besteht;
9 ist eine perspektivische Ansicht im Querschnitt entlang der Ebene der Linie VIII-VIII der 8;
10 zeigt dreidimensionale und ebene Ansichten und eine vergrößerte Ausschnittsansicht eines 3-Inch Siliziumwafers, der auf einem dickeren 4-Inch Siliziumwafer während der Herstellung der Mikrofotodioden-Retinaimplantate (MMRI-4) nach 6 gesichert ist;
11 zeigt die Mikrofotodioden-Retinaimplantate (MMRI-4) nach 6, die in den bevorzugten Bereich des subretinalen Raumes implantiert sind;
12 zeigt die Mikrofotodioden-Retinaimplantate (MMRI-4) nach 6 in einem anderen Bereich, auf der Oberfläche der Nervenfaserschicht der Retina, implantiert;
13 zeigt eine ebene Ansicht einer fünften Ausführungsform des Mikrofotodioden-Implantats dieser Erfindung (MMRI-IPV);
14 ist ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie X-X in 13.
15 zeigt eine ebene Ansicht einer sechsten Ausführungsform des Mikrofotodioden-Implantats dieser Erfindung (MMRI-IPIR);
16 ist ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie XII-XII in 15;
17 zeigt eine ebene Ansicht einer siebten Ausführungsform des Mikrofotodioden-Implantats dieser Erfindung (MMRI-IPVIR-A);
18 ist ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie XIV-XIV in 17;
19 zeigt eine ebene Ansicht einer achten Ausführungsform des Mikrofotodioden-Implantats dieser Erfindung (MMRI-IBVIR-B);
20 ist ein Querschnitt entlang der Ebene der Linie XVI-XVI in 19;
21 ist ein Querschnitt der Retina und zeigt Mikrofotodioden-Implantate nach 17 (MMRI-IPVIR-A) an ihrem bevorzugten Ort in dem subretinalen Raum, wobei ihre Elektroden in die Bereiche der Sublamina B und der Sublamina A der inneren plexiformen Schicht dringen;
22 ist ein Querschnitt der Retina und zeigt die Mikrofotodioden-Implantate nach 17 mit umgekehrten Polaritäten (MMRI-IPVIR-AR) in einer neunten Ausführungsform dieser Erfindung, an ihrem bevorzugten Ort auf der Oberfläche der Nervenfaserschicht, wobei deren Elektroden in die Bereiche der Sublamina B und der Sublamina A der inneren plexiformen Schicht dringen;
23 in eine verallgemeinerte schematische Darstellung des adaptiven abbildenden Retinastimulations-System (AIRES) und zeigt dessen Untersystem-Komponenten: das optische System zur Projektion und Nachführung (PTOS), den Neuro-Netz-Computer (NNC) und das Eingabe-Zeichentablett (ISP). Q-SEMCPs sind in das Auge implantiert gezeigt;
24A–D zeigt eine PTOS-Einrichtung, die als Brillen-Kopfeinrichtung ausgestaltet ist, und eine schematische Darstellung der Optik;
25 zeigt die Komponenten des AIRES-Systems, bestehend aus dem PTOS, dem NNC und dem ISP.
26 ist eine ebene Ansicht (die eine detaillierte Ausschnittsansicht enthält) eines großen Wafers mit einer neunten Ausführungsform eines Implantats dieser Erfindung ("MMRI-OPSISTER-D").
27A–E sind perspektivische Ansichten im Querschnitt entlang der Ebene der Linie XXVI-XXVI in 26 und zeigt die Herstellungsschritte des MMRI-OPSISTER-D der 26.
28 zeigt MMRI-OPSISTER-D Einrichtungen, die in einem kleinen Chip mit einer abgeschrägten Kante verwendet wird und in den subretinalen Raum implantiert wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung (1–2) ist jedes Mikrofotodioden-Implantat (106) als eine abgeflachte kubische Einrichtung (im Folgenden MMRI) hergestellt, die eine einzelne zweiseitige Mikrofotodiode enthält. In dieser bevorzugten Ausführungsform bildet jedes MMRI (106) die Form eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten Ecken und Kanten und hat Abmessungen von mikroskopischen Dimensionen und ist eine physikalisch unabhängige Einheit. MMRIs (106) können als eine PiN- oder NiP-Einrichtung wirken, abhängig davon, welche der zwei lichtempfindlichen Seiten, die P-Seite (107a) oder die N-Seite (107b) durch sichtbares und/oder infrarotes Licht (108) stimuliert wird. Von oben nach unten enthalten die Schichten des MMRI (106) die P-Elektrode (110), die vorzugsweise aus P-dotiertem Polysilizium hergestellt ist, ein mehrschichtiges dielektrisches Filter (122), welches nur sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt zu der nächsten P+-Schicht (112) durchzugehen, einen Kontakt (114), hergestellt aus einem oder allen oder Mischungen aus dem Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen den Schichten (110) und (112) herzustellen, eine intrinsische Schicht (126), die sich auf natürliche Weise zwischen der P+-Schicht (112) und dem N-Typ Siliziumsubstrat (128) bildet, einer N+-Schicht (118), einen mehrschichtigen dielektrischen Filter (124), der nur infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt zu der N+-Schicht (118), durchzugehen, ein Kontakt (120), hergestellt aus einem oder allen oder Mischungen aus dem Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der N+-Schicht (118) und der letzten Schicht herzustellen, welches die N-Elektrode (116) ist, welche vorzugsweise aus N-dotiertem Polysilizium hergestellt ist.
Obwohl 1–2 zeigen, dass die P-Elektrode (110) und die N-Elektrode (116) die gesamte Oberfläche des MMRI (106) bedecken, kann in alternativen Ausführungsformen die P-Elektrode (110) einen Bruchteil der lichtempfindlichen Seite P-Seite (107a) bedecken und die N-Elektrode (116) kann einen Bruchteil der lichtempfindlichen Seite N-Seite (107b) bedecken. Diese Bruchteile können sich im Bereich von 0,1% bis 99,9% befinden. Der Zweck einer teilweisen Bedeckung der P-Elektrode (110) und der N-Elektrode (116) ist es, eine Konzentration der durch das MMRI (106) erzeugten elektrischen Ströme zu ermöglichen. Wie in 1–2 auch gezeigt, sind die Breite und die Tiefe des MMRI (106) von derselben Größe und können zwischen 5 μm und 100 μm variieren, und die Höhe ist 25% bis 50% der Breite und Tiefe. Jedoch können in alternativen Ausführungsformen die MMRIs (106) so klein wie 1 μm und so groß wie 2000 μm in der Tiefe und der Breite hergestellt werden, und die Breite und die Tiefe müssen nicht übereinstimmen; und die Höhe des MMRI kann zwischen 1% bis 500% der Breite und Tiefe betragen. Vorzugsweise hat das MMRI N-Typ Siliziumsubstrat (128) einen Ohm'schen Widerstandswert zwischen 50 und 2000 Ohm-cm². Jedoch kann in alternativen Ausführungsformen das MMRI N-Typ Substrat (128) einen Ohm'schen Widerstandswert zwischen 1 Ohm-cm² und 100.000 Ohm-cm² haben. Die ausgelegte und bevorzugte elektrische Stromabgabe jedes MMRI (106) ist in der Größenordnung von 1 bis 5000 nA, abhängig vom einfallenden Licht (108). Dennoch ist ein Bereich von 0,01 nA bis 200.000 nA ebenfalls geeignet.
In einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung (MMRI-E) (3–4) sind die MMRIs nach 1–2 so hergestellt, dass die Polysiliziumschicht 110 zwischen der mehrschichtigen dielektrischen, sichtbares Licht filternden Schicht 122 und der P+-Schicht 112 befindet, und sich die Polysiliziumschicht 116 zwischen der mehrschichtigen dielektrischen Infrarot filternden Schicht 124 und der N+-Schicht 124 befindet. Die Aluminium-Kontaktanschlüsse 114 und 120 der 1–2 werden in dieser Ausführungsform nicht benötigt. Diese Ausführungsform ergibt MMRI-Es, welche überwiegend retinale Zellen benachbart zu den MMRI-Es stimulieren und weniger oberhalb der MMRI-Es. Diese zweite Ausführungsform wird bei solchen Patienten verwendet, bei denen eine Seitenstimulation besseres Sehen induziert als eine obere Stimulation. Die verbleibenden Schichten der intrinsischen Schicht 126 und der N-Typ Siliziumsubstratschicht 128, der P-Seite 107a und der N-Seite 107b sind unverändert.
5A bis L zeigt die Herstellungsschritte der bevorzugten MMRIs. Wie in 5A gezeigt, wird ein 3'' 1-0-0 N-Typ Siliziumwafer (140) mit 200 bis 400 Ohm-cm auf 8 μm verdünnt und ein Silizium-Tragering (142) mit 0,4'' bis 0,5'' Breite (hergestellt durch chemische Ätz- und Kanal-Sperr-Techniken mit einer 30–40 Grad Abschrägung) wird dann mit dem Zielwafer (140) verbunden. Wie in 5B gezeigt, wird die P+-Schicht (144) bis zu einer Tiefe von 0,2 μm auf einer Seite des Wafers (140) mit Ionen implantiert. Die andere Seite wird vor der Implantation maskiert. Wie in 5C gezeigt, wird der Wafer (140) herumgedreht und die N+-Schicht (146) wird bis zu einer Tiefe von 0,2 μm auf der zweiten Seite mit Ionen implantiert. Die erste P+-Seite (144) wird vor der Implantation maskiert.
Wie in 5D gezeigt, werden beide, die P+- (144) und die N+- (146) Schichten thermisch auf eine Tiefe von 0,5 μm bis 0,6 μm gebracht. Wie in 5E gezeigt, werden mehrfache abwechselnde Schichten von TiO₂ und Quarz durch Bedampfung aufgebracht, um ein Interferenzfilter (148) zu bilden, das 400–740 nm sichtbares Licht durchlässt, aber 740–900 nm infrarotes Licht auf der P+-Seite (144) sperrt. Die gesamte Dicke dieser dielektrischen Schicht (148) ist etwa 3,5 bis 5 μm. Wie in 5F gezeigt, wird der Wafer herumgedreht, um die N+-Seite (146) frei zu geben und mehrfache abwechselnde Schichten von TiO₂ werden aufgedampft, um ein Interferenzfilter (150) zu erzeugen, welches 740–900 nm infrarotes Licht durchlässt, aber 400–740 nm sichtbares Licht auf der N+-Seite (146) sperrt. Die gesamte Dicke dieser dielektrischen Schicht (150) ist etwa 2–3 μm. In 5G wird Fotolack auf beide Seiten des Wafers (140) aufgebracht und mit einem Muster aus 8 μm × 8 μm großen Kontaktlöchern (152) ausgestattet, die die Interferenzfilme (148 und 150) zu der P+-Schicht (144) und der N+-Schicht (146) durchdringen, mit einem Lochabstand von 50 μm in einer quadratischen Gitteranordnung. Wie in 5N gezeigt, wird 1,0 μm Aluminium (152) auf beide Seiten des Wafers (140) aufgebracht. In 5I wird Fotolack aufgebracht und beide Seiten des Wafers (140) werden so gemustert, dass 12 μm × 12 μm große Aluminium-Kontaktanschlüsse (154) über allen 8 μm × 8 μm Kontaktlöchern verbleiben, und dann thermisch in das Aluminium zu treiben. In 5J wird ein plasmaunterstütztes chemisches Bedampfungsverfahren bei niedrigem Druck verwendet, um 0,2 μm bis 0,5 μm von P+-Polysilizium (156) auf dem P+-seitigen Interferenzfilter (148) des Wafers (140) abzulagern, um elektrischen Kontakt mit den Aluminium-Kontaktanschlüssen (154) bei 250° bis 300°C herzustellen. Die andere Seite des Wafers ist maskiert. In 5K wird unterstützt durch ein Plasma bei niedrigem Druck chemischer Dampf verwendet, um 0,2 μm bis 0,5 μm von N+-Polysilizium (158) auf dem N+-seitigen Interferenzfilter (150) des Wafers (140) abzulagern, um so elektrischen Kontakt mit dem Aluminium-Kontaktanschlüssen (154) bei 250° bis 300°C herzustellen. Die andere Seite des Wafers ist maskiert. In 5L wird der 3-Inch Wafer mit Hilfe eines Excimerlasers in 50 μm × 50 μm große Quadrate (160) geschnitten, wobei sich ein Kontaktanschluss in der Mitte von jeder Seite eines jeden Quadrats befindet. Die letztlich gereinigten, gewaschenen und so erhaltenen Quadrate sind MMRIs. Die MMRIs können kurz in einem Glasbehälter unter Verwendung von Ultraschallenergie rollieren, damit die scharfen Ecken und Kanten der Einrichtungen etwas abgerundet werden.
6–7 zeigen die geschichtete Mikroarchitektur einer dritten Ausführungsform der künstlichen Retinaeinrichtung dieser Erfindung, die mit (8) bezeichnet ist und auf die der Einfachheit halber als MMRI-4 Bezug genommen wird, um sie von den anderen Ausführungsformen dieser Erfindung zu unterscheiden. Das MMRI-4 (8) bildet die Form eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten Ecken und Kanten und ist von mikroskopischer Größe. Es umfasst vier Mikrofotodioden-Untereinheiten (10a × 2 und 10b × 2). Jede Mikrofotodioden-Untereinheit (10a oder 10b) oder die MMRI-4 (8) kann eine PiN- oder NiP- Einrichtung sein, abhängig davon, welche der lichtempfindlichen Oberflächen dem Licht (12) zugewandt ist. Wie z. B. in 7 gezeigt, verhält sich die vordere linke Mikrofotodiode (10a) wie eine PiN-Untereinheit, weil die P+-Wanne (14) dem einfallenden Licht (12) zugewandt ist. Im Gegensatz dazu, verhält sich die vordere rechte Mikrofotodiode (10b) wie eine NiP-Untereinheit, weil ihre N+-Wanne (18) dem einfallenden Licht (12) zugewandt ist. Es ist einzusehen, dass wenn das MMRI-4 (8) herumgedreht wird, die Mikrofotodioden-Untereinheit (10a) seine N+-Wanne (18) dem einfallenden Licht zugewandt haben wird und sich deshalb als eine NiP-Einrichtung verhalten wird. Ähnlich wird sich die Mikrofotodioden-Untereinheit (10b), wenn sie herumgedreht wird, eine P-Wanne (14) dem einfallenden Licht zugewandt haben und sich wie eine PiN-Einrichtung verhalten. Wie in 6–7 weiterhin dargestellt, enthält das MMRI-4 (8) in seiner Grundform vier positive (P) Elektroden (13), die auf den vier P+-Wannen (14)-Oberflächen auf den oberen und unteren Seiten des MMRI-4 (8) angeordnet sind (zu beachten ist, dass die untere Struktur der zwei hinteren Mikrofotodioden-Untereinheiten nicht in 7 gesehen werden kann). Die P-Elektroden (13) sind vorzugsweise aus P-dotiertem Polysilizium, durch chemische Dampfablagerung hergestellt und an den inneren Ecken der P+-Wannen (14) angeordnet. Zwischen den P-Elektroden (13) und den P+-Wannen (14) ist eine Schicht aus Gold, Titan oder Chrom (14a), um Haftung auszuüben und als eine Lichtsperre zu wirken. Der MMRI-4 (8) enthält auch vier negative (N) Elektroden (16), die auf den vier Oberflächen der N+-Wannen (18) angeordnet sind. Die N-Elektroden (16) sind vorzugsweise aus N-dotiertem Polysilizium, hergestellt durch chemische Dampfablagerung, die auf den inneren Ecken der N+-Wannen (18) angeordnet sind. Zwischen den N-Elektroden (16) und den N+-Wannen (18) befindet sich auch eine Schicht aus Gold, Titan oder Chrom (14a), die Haftung ausübt und als eine Lichtsperre wirkt.
Alternativ dazu können die P-Elektroden (13) und N-Elektroden (16) aus jedem geeigneten Material aufgebaut sein, das den elektrischen Strom leitet. Diese leitenden Materialien können enthalten, sind aber nicht begrenzt auf Gold, Chrom, Aluminium, Iridium und Platin oder irgendeine Kombination oder Mischung aus diesen Materialien. Die P-Elektroden (13) und die N-Elektroden (16) können jeden Bruchteil von 0,1% bis 99,9% ihrer entsprechenden Oberflächen der P+-Wanne (14)- oder der N+-Wanne (18) abdecken. Filterschichten (20) werden auf den Bereichen der P+-Wanne (14) angeordnet, der nicht von den P-Elektroden (13) abgedeckt ist. Diese Filterschichten (20) werden vorzugsweise aus vielschichtigen dielektrischen Beschichtungen hergestellt und erlau ben es nur sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) zu den Oberflächen der P+-Wanne (14) durchzugehen. Filterschichten (22) werden auf den Oberflächen der N+-Wanne (18), die nicht von den N-Elektroden (16) abgedeckt sind, angeordnet. Diese Filterschichten (22) werden vorzugsweise auch aus mehrschichtigen dielektrischen Beschichtungen hergestellt und erlauben es nur infrarotem Licht (740 bis 900 nm) zu den N+-Wannen (18)-Oberflächen durchzugehen. Unter jeder P+-Wanne (14) bildet sich auf natürliche Weise eine intrinsische Schicht (15) zwischen der P+-Wanne (14) und dem N-Typ-Siliziumsubstrat (25). Die N+-Wanne-Schichten (18) werden durch Ionenimplantation von zusätzlichem N-Typ Phosphor in das N-Typ Siliziumsubstrat (25) erzeugt. Ionenimplantation von P-Typ Bor um jede MMRI-4 Untereinheit (10a × 2, 10b × 2) herum erzeugt eine Kanalsperre (24), die die Mikrofotodioden-Untereinheiten elektrisch voneinander trennt. Außerhalb ist das Kanalsperre-Material (24) von N-Typ Siliziumsubstrat (25b) umgeben.
In der Ausführungsform der Erfindung, die in 6–7 gezeigt ist, hat die Breite und Tiefe des MMRI-4 (8) die gleiche Größe und ist zwischen 10 und 50 Mikron, und die Höhe ist 25% bis 50% der Breite und Tiefe. Diese abgeflachte kubische Anordnung wird es ermöglichen, dass die eine oder die andere der zwei abgeflachten fotoaktiven Seiten des MMRI-4 (8) vorzugsweise dem einfallenden Licht (12) zugewandt sein wird, wenn das MMRI-4 (8) in den subretinalen Raum implantiert wird. MMRI-4s (8) können so klein wie 1 Mikron und so groß wie 1000 Mikron in Tiefe und Breite hergestellt werden, und die Breite und Tiefe müssen nicht dasselbe sein; weiterhin kann die Höhe des MMRI-4 von 1% bis 500% der Breite und Tiefe betragen. In der Ausbildungsform der 6–7 hat das MMRI-4 N-Typ Substrat (25 und 25b) einen Ohm'schen Widerstandswert zwischen 50 und 2000 Ohm-cm². Jedoch kann das MMRI-4 N-Typ Substrat (25 und 25b) Ohm'sche Widerstandswerte zwischen 1 Ohm-cm² und 100000 Ohm-cm² haben. Die vorbestimmte und bevorzugte Ausgabe elektrischen Stroms jeder MMRI-4 Mikrofotodioden-Untereinheit (10a oder 10b) ist in der Größenordnung von 1 bis 5000 nA, abhängig vom einfallenden Licht (12). Dennoch kann auch ein Bereich von 0,01 nA bis 200000 nA geeignet sein. Das MMRI-4 (8) kann auch so abgewandelt werden, um eine größere oder kleinere elektrische Stromausgabe zu erzielen, indem die Fläche jeder P-Elektrode (13) und/oder der N-Elektrode (16) relativ zu der Fläche ihrer entsprechenden P+-Wanne (14) bzw. N+-Wanne (18) verändert wird.
8–9 stellen die geschichtete Mikroarchitektur einer vierten Ausführungsform der künstlichen Retinaeinrichtung dieser Erfindung dar, mit (8a) bezeichnet, und es wird darauf der Einfachheit halber als MMRI-4E Bezug genommen, um es von den anderen Ausführungsformen der Erfindung zu unterscheiden. Das MMRI-4E (8a) bildet die Form eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten Ecken und Kanten und hat Abmessungen mikroskopischer Größe. Es umfasst vier Mikrofotodioden-Untereinheiten (10a × 2 und 10b × 2). Jede Mikrofotodioden-Untereinheit (10a oder 10b) des MMRI-4E (8a) kann eine PiN- oder NiP-Einrichtung sein, abhängig davon, welche der lichtempfindlichen Oberflächen dem Licht (12) zugewandt ist. Zum Beispiel, wie in 9 gezeigt, verhält sich die vordere linke Mikrofotodiode (10a) wie eine PiN-Untereinheit, weil die P+-Wanne (14) dem einfallenden Licht (12) zugewandt ist. Im Gegensatz dazu, verhält sich die vordere recht Mikrofotodiode (10b) wie eine NiP-Untereinheit, weil seine N+-Wanne (18) dem einfallenden Licht (12) zugewandt ist. Es ist sofort einzusehen, dass, wenn das MMRI-4E (8a) herumgedreht wird, die Mikrofotodioden-Untereinheit (10a) seine N+-Wanne (18) dem einfallenden Licht zugewandt haben wird und sich deshalb als eine NiP-Einrichtung verhalten wird. Ähnlich wird die Mikrofotodioden-Untereinheit (10b), wenn sie herumgedreht wird, eine P+-Wanne (14) dem einfallenden Licht zugewandt haben und sich wie eine PiN-Einrichtung verhalten.
Weiter ist in 8–9 dargestellt, dass das MMRI-4E (8a) in seiner Grundform vier transparente positive (P) Elektroden (13) enthält, die auf den vier Oberflächen der P+-Wanne (14) auf den oberen und unteren Oberflächen des MMRI-4E (8a) angeordnet sind (zu beachten ist, dass die untere Struktur der zwei hinteren Mikrofotodioden-Untereinheiten in 9 nicht gesehen werden kann). Die transparenten P-Elektroden (13) sind vorzugsweise aus P-dotiertem Polysilizium, hergestellt durch chemische Bedampfung, und sie sind auf dem P+-Wannen (14) angeordnet. Das MMRI-4E (8a) enthält auch vier transparente negative (N) Elektroden (16), die auf den vier Oberflächen der N+-Wannen (18) angeordnet sind. Die transparenten N-Elektroden (16) sind vorzugsweise aus N-dotiertem Polysilizium, hergestellt durch chemische Aufdampfung, und sie sind auf den N+-Wannen (18) angeordnet.
Alternativ dazu können die P-Elektroden (13) und die N-Elektroden (16) aus jedem geeigneten Material bestehen, das in einer dünnen transparenten Schicht aufgebracht werden kann, und das den elektrischen Strom leiten wird. Diese leitenden Materialien können enthalten, sind aber nicht begrenzt auf, Gold, Chrom, Aluminium, Iridium und Platin oder irgendeine Kombination oder Mischung aus diesen Materialien. Filterschichten (20) werden auf den P-Elektroden (13) angeordnet. Diese Filterschichten (20) werden vorzugsweise aus mehrschichtigen dielektrischen Beschichtungen hergestellt und erlauben nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) durch die transparenten P-Elektroden (13) und dann hin zu den Oberflächen der P+-Wanne (14). Filterschichten (22) sind auf den Oberflächen der N+-Wanne (18) angeordnet. Diese Filterschichten (22) werden vorzugsweise auch aus mehrschichtigen dielektrischen Beschichtungen hergestellt und erlauben nur den Durchgang von infrarotem Licht (740 bis 900 nm) durch die transparenten N-Elektroden (16) und dann hin zu den Oberflächen der N+-Wanne (18). Unter jeder P+-Wanne (14) bildet sich auf natürliche Weise eine intrinsische Schicht (15) zwischen der P+-Wanne (14) und dem N-Typ Siliziumsubstrat (25). Die Schichten der N+-Wanne (18) werden erzeugt durch Ionenimplantation von zusätzlichem N-Typ Phosphor in das N-Typ Siliziumsubstrat (25). Ionenimplantation von P-Typ Bor um jede MMRI-4 Untereinheit (10a × 2, 10b × 2) herum, erzeugt eine Kanalsperre (24), die die Mikrofotodioden-Untereinheiten elektrisch voneinander trennt. Außerhalb des Materials der Kanalsperre (24) ist umgebendes N-Typ Siliziumsubstrat (25b).
In der Ausführungsform der Erfindung, die in 8–9 gezeigt ist, sind die Breite und Tiefe des MMRI-4E (8a) von gleicher Größe und zwischen 10 und 50 Mikron, und die Höhe ist 25% bis 50% von der Breite und Tiefe. Diese abgeflachte kubische Anordnung wird es der einen oder der anderen abgeflachten fotoaktiven Seite des MMRI-4E (8a) ermöglichen, vorzugsweise auf das einfallende Licht (12) ausgerichtet zu sein, wenn das MMRI-4E (8a) in den subretinalen Raum implantiert ist. MMRI-4Es (8a) können so klein wie 1 Mikron und so große wie 1000 Mikron in der Tiefe und der Breite hergestellt werden, wobei die Breite und die Tiefe nicht gleich sein müssen; weiterhin kann die Höhe des MMRI-4E von 1% bis 500% der Breite und Tiefe betragen. In der Ausführungsform der 8–9 hat das N-Typ-Substrat (25 und 25b) des MMRI-4E einen Ohm'schen Widerstandswert zwischen 50 und 2000 Ohm-cm². Jedoch kann das N-Typ Substrat (25 und 25b) des MMRI-4E Ohm'sche Widerstandswerte zwischen 1 Ohm-cm² und 100000 Ohm-cm² haben. Die vorbestimmte und bevorzugte elektrische Stromabgabe jeder MMRI-4E Untereinheit-Mikrofotodiode (10a oder 10b) ist in der Größenordnung von 1 bis 5000 nA, abhängig von dem einfallenden Licht (12). Dennoch kann ein Bereich von 0,01 nA bis 200000 nA geeignet sein. Das MMRI-4E (8a) kann auch verändert werden, um größere oder kleinere elektrische Ausgabe zu erzielen, indem die Dicke und deshalb die Transparenz jeder P-Elektrode (13) und/oder der N-Elektrode (16) verändert wird.
In 10 und der Einfügung in 10 ist die Herstellung der bevorzugten MMRI-4s (8) dargestellt. Die erste Stufe der Herstellung der MMRI-4s beginnt mit einem 1-0-0 Silizi umwafer (30) vom N-Typ, mit einem Durchmesser von drei Inch und einer Dicke von 8 Mikron. Dieser Wafer (30) wird entlang seinem Umfangs mittels Titanstiften (32) auf einem Vier-Inch-Wafer (34) gesichert, der ungefähr 500 Mikron dick ist. Wie in der Einfügung der 10 gezeigt ist, wird eine Vielzahl von quadratischen Inselgruppen (8) vom N-Typ, aus denen die MMRI-4s werden, von dem umgebenden N-Typ Substrat (25b) isoliert, in dem von beiden Seiten P-Typ Bor-Kanalsperren (24) ionenimplantiert werden. Die Kanalsperren (24) werden mittels Wärme durch die gesamte Dicke des Wafers (30) mit drei Inch Durchmesser getrieben, um vier quadratische Säulen aus N-Typ Siliziumsubstrat (25) pro quadratischer Insel (8) zu isolieren. Jede quadratische Säule (25) ist 11 Mikron auf jeder Seite und von den benachbarten quadratischen Säulen (25) desselben MMRI-4 (8) durch 1 Mikron von P-Typ Silizium Kanalsperre (24) getrennt. Die entstehenden quadratischen Inseln (8) sind einschließlich der Kanalsperren (24) 21 Mikron pro Seite groß. Die quadratischen Inseln (8) werden voneinander durch 1 Mikron von N-Typ Siliziumsubstrat (25b) getrennt. Ausrichtungslöcher (36) werden mittels eines Excimerlasers durch den Drei-Inch-Wafer (30) gebohrt. Diese Löcher (36) vereinfachen das Ausrichten von Herstellungsmasken auf jeder Seite des Drei-Inch-Wafers (30).
Die P+-Wannen (14), die in 7 gezeigt sind, werden durch Ionenimplantation und thermische Diffusion von P-Typ Bor in das N-Typ Substrat der quadratischen Säulen (25) erzeugt. Zwei P+-Wannen (14) werden auf jeder Seite der quadratischen Insel (8) des MMRI-4 gebildet, die diagonal zueinander angeordnet sind. Intrinsische Schichten (15) bilden sich automatisch zwischen den P+-Wannen (14) und dem N-Typ Siliziumsubstrat der quadratischen Säulen (25). Die N+-Wannen (18) werden durch Ionenimplantation und thermische Diffusion von zusätzlichem N-Typ Phosphor in das N-Typ Siliziumsubstrat der quadratischen Säulen (25) von der entgegengesetzten Seite der P+-Wannen (14) her, erzeugt. Nach dem Aufbringen einer Gold-, Chrom- oder Titanschicht (14a), um die Haftung zu verbessern und um als Lichtblockierung auf den inneren Ecken anderer P+-Wannen (14) und N+-Wannen (18) zu wirken, werden dann P-dotierte Polysiliziumelektroden (13) und die N-dotierten Polysiliziumelektroden (16), wobei jede 10% der P+-Wanne (14) und N+-Wanne (18) der entsprechenden Oberflächen bedeckt, auf ihren jeweiligen P+-Wannen (14) und N+-Wannen (18) aufgebracht. Der Drei-Inch-Wafer (30), immer noch auf dem Vier-Inch-Tragewafer (34) gesichert, nach 10 wird dann in eine Vakuum-Bedampfungskammer übertragen, wo mehrschichtige dielektrische Beschichtungen (20), die die Bandbreite von sichtbarem Licht (400 bis 740 nm) durchlassen, werden auf den P+-Wannen (14) aufgebracht, und mehrschichti ge dielektrische Beschichtungen (22), die eine Bandbreite von infrarotem Licht durchlassen, werden auf den N+-Wannen (18) aufgebracht. Der Drei-Inch-Wafer (30) wird dann herumgedreht und erneut auf dem Vier-Inch-Tragewafer (34) gesichert. Nochmals werden mehrschichtige dielektrische Beschichtungen (20), die eine Bandbreite von sichtbarem Licht (400 bis 740 nm) durchlassen, und eine mehrschichtige dielektrische Beschichtung (22), die eine Bandbreite von infrarotem Licht (740 bis 900 nm) durchlassen, auf den jeweiligen P+-Wannen (14) und den N+-Wannen (18) aufgebracht, nachdem die Gold-, Chrom- oder Titanhaftschicht und die Lichtblockier-Schicht (14a) aufgebracht wurde.
Wie in 10 gezeigt, wird der fertige Drei-Inch-Wafer (30) mit den quadratischen Inseln (8) der hergestellten MMRI-4 dann von dem Vier-Inch-Tragewafer (34) entfernt. Der Drei-Inch-Wafer (30) wird dann mittels eines wasserlöslichen Haftmittels erneut an den Vier-Inch-Wafer (34) gebunden. Unter Verwendung eines Excimer-Lasers werden in X- und Y-Richtung Schnitte hergestellt, um die MMRI-4-Inseln (8) von einander zu trennen. Die MMRI-4-Inseln (8) bleiben jedoch durch das Haftmittel immer noch an den Tragewafer (34) gebunden. Die Waferanordnung (30 und 34) wird dann in eine wässrige Lösung mit Lösungsmittel gebracht, um das Haftmittel aufzulösen. Die quadratischen MMRI-4-Inseln (8) werden aus der wässrigen Lösung unter Verwendung von Standard-Filtertechniken wiedergewonnen, gewaschen und getrocknet. Die wiedergewonnenen MMRI-4-Inseln (8) werden kurz in einem Glasbehälter unter Verwendung von Ultraschallenergie rolliert. Dieser Rollierungsvorgang wird die scharfen Ecken und Kanten der MMRI-4s (8) leicht abrunden. Die fertigen Einrichtungen, dargestellt durch die MMRI-4s (8) in 7, werden dann nochmals gewaschen, eingeholt, sterilisiert und dann in einem biologisch verträglichen halbfesten oder flüssigen Träger zur Implantation in das Auge untergebracht.
11 zeigt MMRI-4s (8), die an ihrer bevorzugten einschichtigen Lage in dem subretinalen Raum (82) implantiert sind. Die Schichten des Auges am hinteren Pol sind von der Innenseite des Auges zu der Außenseite des Auges in ihrer entsprechenden Lage gezeigt: die innere Grenzmembran (50); die Nervenfaserschicht (52); die Ganglienzellschicht (54); die innere plexiforme Schicht (56); die innere Körnerschicht (58); die äußere plexiforme Schicht (60); die äußere Körnerschicht (62); und die Fotorezeptorschicht (64), wobei alle zusammen die innere Retinaschicht (66) bilden. Die MMRI-4s (8) werden zwischen der inneren Retinaschicht (66) und dem retinalen Pigmentepithel (68) und der Bruch'schen Membran (70), die zusammen die äußere Retinaschicht (72) bilden, angeordnet. Außerhalb der äußeren Retinaschicht (72) befinden sich die Choriokapillaris (74) und die Choroidea (76), die die choroidalen Gefäße (78) umfassen, sowie die Sklera (80), welche die äußere Hülle des Auges bildet.
12 zeigt MMRI-4s (8) am Ort einer alternativen Ausführungsform, auf der Oberfläche der inneren Grenzmembran (50) der Retina und nahe an der Nervenfaserschicht (52). An dieser Stelle sind die MMRI-4s (8) in eine flexible, biologisch verträgliche Schicht (44) eingebettet, die es ermöglicht, dass beide der abgeflachten fotoaktiven Oberflächen jedes MMRI-4s (8) dem Licht ausgesetzt sind. Die elektrische Stimulation der retinalen Nervenfaserschicht (52) durch die Oberfläche der inneren Grenzmembran (50) mittels der MMRI-4s (8) wird auch künstliches Sehen induzieren, aber die Qualität der Bilder, die dadurch erzeugt werden, werden nicht so gut geformt sein, wie die aus der Stimulation der Retina im subretinalen Raum (82), wie in 11 gezeigt. Die Schichten des Auges am hinteren Pol sind in 12 von der Innenseite des Auges zur Außenseite des Auges in ihrer entsprechenden Position gezeigt und sind: die innere Grenzmembran (50); die Nervenfaserschicht (52); die Ganglienzellschicht (54); die innere plexiforme Schicht (56); die innere Körnerschicht (58); die äußere plexiforme Schicht (60); die äußere Körnerschicht (62); und die Fotorezeptorschicht (64), wobei alle zusammen die innere Retinaschicht (66) bilden. Das retinale Pigmentepithel (68) und die Bruch'sche Membran (70) bilden zusammen die äußere Retinaschicht (72). Außerhalb der äußeren Retinaschicht (72) umfassen die Choriokapillaris (74) und die Choroidea (76) die choroidalen Gefäße (78), und die Sklera (80) die äußere Hülle des Auges.
Wie in 13 bis 16 in einer weiteren Ausführungsform der MMRI-Komponenten dieser Erfindung dargestellt ist, sind die zwei dielektrischen Filterschichten, die in jedes MMRI eingebettet sind, derart, dass sie beide sichtbares Licht durchlassen (210, 222), oder sie werden beide derart sein, dass sie infrarotes Licht durchlassen (310, 322). Anstelle der Verwendung von Polysilizium für deren Elektroden, können die Elektroden dieser Einrichtungen (202, 204, 302, 304) aus Gold, hergestellt sein, obwohl Aluminium oder Platin ebenfalls verwendet werden kann, und wird nach dem industriellen Standardverfahren "Waferbumping" aufgebracht. Dabei wird jede Elektrode in Form einer herausragenden Struktur ausbilden, die mit einem Aluminium-Kontaktanschluss (214, 224, 314, 324) verbunden ist. Jede goldene herausragende Elektrode (202, 204, 302, 304) wird dann über seine gesamte Oberfläche, mit Ausnahme der Spitze, mit einer isolierenden Schicht aus Siliziumdioxid (208, 226, 308, 326) oder alternativ Siliziumnitrid überzogen. Die Höhe der herausragenden Elektrode wird auf der einen Seite der Einrichtung höher sein als auf der anderen Seite, und kann 5 μm bis 200 μm auf der höheren Seite (202, 302) sein und 1 μm bis 195 μm auf der niedrigeren Seite (204, 304). Wenn sie hergestellt werden, bilden diese individuellen Einrichtungen zwei Populationen: (1) eine auf sichtbares Licht ansprechende Einrichtung ("MMRI-IPV"), bezeichnet als (200) mit einer höher herausragenden Elektrode (HPE) (202) auf der negativen (N) Seite (205b), und einer niedriger herausragenden Elektrode (LPE) (204) auf der positiven (P) Seite (205a), und (2) eine auf infrarotes Licht ansprechende Einrichtung ("MMRI-IPIR"), bezeichnet als (300) mit einer HPE (302) auf der P-Seite (305b) und einer LPE (304) auf der N-Seite (305a).
Wie in 17 bis 18 dargestellt, können die zwei Einheiten, MMRI-IPV (200) und MMRI-IPIR (300) auch als Kombinationseinheit (MMRI-IPVIR-A) bestehen, die als (400) bezeichnet ist und eine MMRI-IPV (200) und eine MMRI-IPIR (300) umfasst. Die HPE (202) des MMRI-IPV (200) und die HPE (302) des MMRI-IPIR (300) werden in dieselbe Richtung auf der einen Seite der MMRI-IPVIR-A zeigen. Die LPE (204) des MMRI-IPV (200) und die LPE (304) des MMRI-IPIR (300) werden auch in die gleiche Richtung zeigen, jedoch auf der entgegengesetzten Seite des MMRI-IPVIR-A (400) und in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung der HPEs (202, 302).
Wie in 21 dargestellt, werden die MMRI-IPVIR-A (400) im subretinalen Raum (82) des Auges angeordnet, und werden verwendet, um solche Retinas zu stimulieren, deren Fotorezeptorschicht vollständig degeneriert ist, wodurch die bipolare Zellschicht (58a) oder die innere plexiforme Schicht (56) die Schicht ist, die dem subretinalen Raum (82) benachbart ist. Weil der "Hellkanal" der inneren plexiformen Schicht, bekannt als Sublamina "B" (56b) weiter von dem subretinalen Raum (82) entfernt ist als der "Dunkelkanal" der inneren plexiformen Schicht, bekannt als Sublamina "A" (56a), werden die HPE-Elektroden (202, 302) selektiven Kontakt mit den "Hellkanal"-Synapsen in der Sublamina "B" (56b) aufnehmen und die LPEs (204, 304) werden selektiv Kontakt mit den "Dunkelkanal"-Synapsen in der Sublamina "A" (56A) aufnehmen. Diese Anordnung wird es ermöglichen, dass ein Stimulus aus sichtbarem Licht selektiv die Hellkanäle in der Sublamina "B" depolarisiert und aktiviert, indem ein negativer elektrischer Strom durch die HPE (202) erzeugt wird, und ein Stimulus aus infrarotem Licht selektiv die Hellkanäle in der Sublamina "B" polarisiert und hemmt, indem ein positiver elektrischer Strom durch die HPE (302) erzeugt wird. Diese Anordnung wird es auch ermöglichen, dass ein Stimulus aus Infrarotlicht die Dunkelkanäle in Sublamina "A" selektiv depolarisiert und aktiviert, indem ein negativer elektrischer Strom von der LPE (304) erzeugt wird, und ein Stimulus sichtbaren Lichts die Dunkelkanäle in Sublamina "A" selektiv polarisiert und hemmt, indem ein positiver elektrischer Strom von der LPE (204) erzeugt wird.
Wie in 12 und 22 dargestellt, sind in einer weiteren Ausführungsform MMRI-4 (8) und MMRI-IPVIR-A-Implantate mit umgekehrter Polarität, der Einfachheit halber MMRI-IPVIR-ARs (8c) genannt, in eine biologisch verträgliche Schicht (44) eingebettet, die es ermöglicht, dass die Elektrodenoberflächen der Einrichtungen dem Licht ausgesetzt werden.
Wie in 12 gezeigt, wird die Schicht (44) mit dem eingebetteten MMRI-4 (8) auf der Oberfläche der inneren Grenzmembran (50) der Retina von der Glaskörperseite her platziert. Aus dieser Lage werden die MMRI-4s (8), die Nervenfaserschicht (52) und/oder die Ganglienzellen (54) der Retina stimulieren.
Wie in 22 gezeigt, werden im Falle der MMRI-IPVIR-ARs (8c) deren Elektroden die Nervenfaserschicht (52) und die Ganglienzellschicht (54) durchdringen, bis in die Sublamina "B", Hellkanal-Schicht (56b), und die Sublamina "A", Dunkelkanal-Schicht (56a) der inneren plexiformen Schicht (56), um diese Schichten selektiv zu simulieren, wodurch eine visuelle Wahrnehmung induziert wird. Die umgekehrte Polarität der MMRI-IPVIR-ARs (8c) verglichen mit den MMRI-IPVIR-As (400) der 21 ist notwendig, um den Stimulationseffekt des Depolarisierens (Aktivierens) des Helligkeitskanals der Sublamina "B" (56b) durch sichtbares Licht zu erhalten, während die Dunkelkanäle der Sublamina "A" (56a) überpolarisiert (gehemmt) werden; und einen Stimuluseffekt durch infrarotes Licht zu erhalten, der die Dunkelkanäle der Sublamina "A" (56a) depolarisiert (aktiviert), während die Hellkanäle der Sublamina "B" (56b) überpolarisiert (gehemmt) werden. Es sollte beachtet werden, dass die Polarisation sich ändert, d. h. die Überpolarisation und die Depolarisation haben in dem subretinalen Raum auf die restlichen Fotorezeptorzellen nicht denselben Effekt wie sie in den Bereichen der Sublamina B und A der IPL haben. Im subretinalen Raum erzeugt ein überpolarisierender Reiz eine Empfindung von Licht in den restlichten Fotorezeptorzellen, während ein depolarisierender Reiz eine Empfindung von Dunkelheit in den restlichen Fotorezeptorzellen erzeugt.
13 bis 14 stellen deshalb eine fünfte Ausführungsform dieser Erfindung dar, auf die der Einfachheit halber als "MMRI-IPV" Bezug genommen wird, mit Abmessungen von mikroskopischer Größe, und die als (200) gekennzeichnet wird. Das MMRI-IPV (200) ist eine physikalisch unabhängige Einheit, deren geschichtete Mikroarchitektur in 14 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform bildet das MMRI-IPV (200) die Form eines abge flachten Würfels mit abgerundeten Kanten und Ecken, mit einer elektrisch negativen hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (202) und einer elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode ("LPE") (204). Ein MMRI-IPV (200) kann als eine PiN- oder NiP-Einrichtung wirken, wenn sie die innere Retina stimuliert, abhängig davon welche ihrer zwei lichtempfindlichen Seiten, die P-Seite (205a) oder die N-Seite (205b), durch sichtbares Licht (206) stimuliert wird. Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPV (200) wie folgt: eine negative HPE-Elektrode (202), vorzugsweise aus Gold, eine isolierende Schicht aus SiO₂ (208), die die N-Seite (205b) mit Ausnahme der Spitze der HPE-Elektrode (202) bedeckt, einem mehrschichtigen dielektrischen Filter (210), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt, eine N+-Schicht (212), ein Kontaktanschluss (214), hergestellt aus einem der Folgenden, und/oder einer Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um den elektrischen Kontakt zwischen der negativen HPE (202) und der N+-Schicht (212) herzustellen, einer N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216), einer intrinsischen Schicht (218), die sich auf natürliche Weise zwischen der N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216) und der nächsten P+-Schicht (220) bildet, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (222), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 bis 740 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (224), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung der Folgenden:
Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der P+-Schicht (220) und der elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode (LPE) (204) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO₂ (226) bedeckt die P-Seite (205a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (204).
15 bis 16 stellen eine sechste Ausführungsform dieser Erfindung dar, auf die der Einfachheit halber als "MMRI-IPIR" Bezug genommen wird, deren Abmessungen von mikroskopischer Größe sind und als (300) bezeichnet wird. Wie gezeigt, ist ein MMRI-IPIR (300) eine physikalisch unabhängige Einheit, dessen geschichtete Mikroarchitektur in 16 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform bildet das MMRI-IPIR (300) die Form eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten Ecken und Kanten, mit einer elektrisch positiven hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (302) und einer elektrisch negativen niedrig herausragenden Elektrode ("LPE") (304). Die Abmessung des MMRI-IPIR (300) ist von mikroskopischer Größe. Ein MMRI-IPIR (300) kann als eine PiN- oder NiP-Einrichtung wirken, wenn sie die innere Retina stimuliert, abhängig davon welche der beiden lichtempfindlichen Seiten, die N-Seite (305a) oder die P-Seite (305b) durch infrarotes Licht (306) stimuliert wird. Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPIR (300) wie folgt: eine positive HPE-Elektrode (302), vorzugsweise aus Gold hergestellt, eine isolierende Schicht aus SiO₂ (308), welche die P-Seite (305b) mit Ausnahme der Spitze der positiven HPE-Elektrode (302) bedeckt, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (310), der nur das Durchgehen von infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, eine P+-Schicht (312), ein Kontaktanschluss (314), hergestellt aus einem der Folgenden, und/oder einer Mischung aus den Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der positiven HPE (302) und der P+-Schicht (312) herzustellen, eine intrinsische Schicht (318), die sich auf natürliche Weise zwischen der P+-Schicht (312) und der nächsten N-Typ-Siliziumsubstratschicht (316) bildet, eine N+-Schicht (320), ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (322), der nur den Durchgang von infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (324), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der N+-Schicht (320) und der elektrisch negativen niedrig herausragende Elektrode (LPE) (304) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO₂ (326) bedeckt die N-Seite (305a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (304).
17 bis 18 stellen eine siebte Ausführungsform dieser Erfindung dar, auf die der Einfachheit halber als "MMRI-IPVIR A" Bezug genommen wird, deren Abmessungen von mikroskopischer Größe sind und als (400) bezeichnet wird. Es setzt sich zusammen aus einem MMRI-IPV (200) und einem MMRI-IPIR (300), getrennt durch eine Schicht von "Kanalblockiermittel" (350). Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPV-Komponente (200) ist auf der linken Seite gezeigt und wird zuerst beschrieben. Die MMRI-IPV-Komponente (200) bildet die Form einer Hälfte eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten Kanten und Ecken, mit einer elektrisch negativen hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (202) und einer elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode ("LPE") (204). Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPV (200) wie folgt: eine negative HPE-Elektrode (202), vorzugsweise aus Gold, eine isolierende Schicht aus SiO₂ (208), die die N-Seite (205b) mit Ausnahme der Spitze der HPE-Elektrode (202) bedeckt, einem mehrschichtigen dielektrischen Filter (210), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt, einer N+-Schicht (212), ein Kontaktanschluss (214), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um den elektrischen Kontakt zwischen der negativen HPE (202) und der N+-Schicht (212) herzustellen, einer N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216), einer intrinsischen Schicht (218), die sich auf natür liche Weise zwischen der N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216) und der nächsten P+-Schicht (220) bildet, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (222), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (224), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung der Folgenden:
Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der P+-Schicht (220) und der elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode (LPE) (204) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO₂ (226) bedeckt die P-Seite (205a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (204). Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPIR-Komponente (300) des MMRI-IPVIR-A (400) ist auf der rechten Seite gezeigt und wird nun beschrieben. Die MMRI-IPIR-Komponente (300) bildete die Form einer Hälfte eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten Ecken und Kanten, mit einer elektrisch positiven hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (302) und einer elektrisch negativen niedrig herausragenden Elektrode ("LPE") (304). Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPIR (300) wie folgt: eine positive HPE-Elektrode (302), vorzugsweise aus Gold hergestellt, eine isolierende Schicht aus SiO₂ (308), welche die P-Seite (305b) mit Ausnahme der Spitze der positiven HPE-Elektrode (302) bedeckt, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (310), der nur das Durchgehen von infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, eine P+-Schicht (312), ein Kontaktanschluss (314), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung aus den Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der positiven HPE (302) und der P+-Schicht (312) herzustellen, einer intrinsischen Schicht (318), die sich auf natürliche Weise zwischen der P+-Schicht (312) und der nächsten N-Typ-Siliziumsubstratschicht (316) bildet, einer N+-Schicht (320), ein mehrschichtiges dielektrisches Filter (322), das nur den Durchgang von infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (324), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der N+-Schicht (320) und der elektrisch negativen niedrig hervorstehenden Elektrode (LPE) (304) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO₂ (326) bedeckt die N-Seite (305a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (304).
19 bis 20 stellen eine achte Ausführungsform dieser Erfindung dar, auf die der Einfachheit halber als "MMRI-IPVIR-B" Bezug genommen wird, dessen Abmessungen von mikroskopischer Größe sind und mit 500 bezeichnet wird. Es besteht aus einem MMRI-IPV (200) und einem MMRI-IPIR (300), die durch eine Schicht aus "Kanalblockiermittel" (350) getrennt werden. Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPV-Komponente (200) ist auf der linken Seite gezeigt und wird zuerst beschrieben. Die MMRI-IPV-Komponente (200) bildet die Form einer Hälfte eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten äußeren Kanten und Ecken, mit einer elektrisch negativen hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (202) und einer elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode ("LPE") (204). Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPV (200) wie folgt:
eine negative HPE-Elektrode (202), vorzugsweise aus Gold, eine isolierende Schicht aus SiO₂ (208), die die N-Seite (205b) mit Ausnahme der Spitze der HPE-Elektrode (202) bedeckt, einem mehrschichtigen dielektrischen Filter (210), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 nm bis 740 nm) erlaubt, einer N+-Schicht (212), ein Kontaktanschluss (214), hergestellt aus einem der Folgenden, und/oder einer beliebigen Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um den elektrischen Kontakt zwischen der negativen HPE (202) und der N+-Schicht (212) herzustellen, einer N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216), einer intrinsischen Schicht (218), die sich auf natürliche Weise zwischen der N-Typ-Siliziumsubstratschicht (216) und der nächsten P+-Schicht (220) bildet, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (222), der nur den Durchgang von sichtbarem Licht (400 bis 740 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (224), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder einer Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der P+-Schicht (220) und der elektrisch positiven niedrig herausragenden Elektrode (LPE) (204) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO₂ (226) bedeckt die P-Seite (205a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (204). Die geschichtete Mikroarchitektur der MMRI-IPIR-Komponente (300) des MMRI-IPVIR-B (500) ist auf der rechten Seite gezeigt und wird nun beschrieben. Die MMRI-IPIR-Komponente (300) bildet die Form einer Hälfte eines abgeflachten Würfels mit abgerundeten Ecken und Kanten, mit einer elektrisch positiven hoch herausragenden Elektrode ("HPE") (302) und einer elektrisch negativen niedrig herausragenden Elektrode ("LPE") (304). Von oben nach unten sind die Schichten des MMRI-IPIR (300) wie folgt: eine positive HPE-Elektrode (302), vorzugsweise aus Gold hergestellt, eine isolierende Schicht aus SiO₂ (308), welche die P-Seite (305b) mit Ausnahme der Spitze der positiven HPE-Elektrode (302) bedeckt, ein mehrschichtiger dielektrischer Filter (310), der nur das Durchgehen von infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, eine P+-Schicht (312), ein Kontaktanschluss (314), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung aus den Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der positiven HPE (302) und der P+-Schicht (312) herzustellen, einer intrinsischen Schicht (318), die sich auf natürliche Weise zwi schen der P+-Schicht (312) und der nächsten N-Typ-Siliziumsubstratschicht (316) bildet, einer N+-Schicht (320), ein mehrschichtiges dielektrisches Filter (322), das nur den Durchgang von infrarotem Licht (740 nm bis 900 nm) erlaubt, ein Kontaktanschluss (324), hergestellt aus einem der Folgenden und/oder aus irgendeiner Mischung der Folgenden: Gold, Aluminium, Titan und Chrom, um elektrischen Kontakt zwischen der N+-Schicht (320) und der elektrisch negativen niedrig hervorstehenden Elektrode (LPE) (304) herzustellen. Eine isolierende Schicht aus SiO₂ (326) bedeckt die N-Seite (305a) mit Ausnahme der Spitze der LPE-Elektrode (304).
21 zeigt MMRI-IPVIR-As (400) implantiert in deren bevorzugter einlagigen Anordnung in dem subretinalen Raum (82). Die depolarisierenden hoch herausragenden Elektroden (HPEs) (202) aus dem Bereich der Mikrofotodioden, der für sichtbares Licht empfindlich ist, stimuliert die Hellkanäle in der Sublamina B (56b) der inneren plexiformen Schicht (IPL) (56). Die überpolarisierenden HPEs (302) aus dem Bereich der Mikrofotodioden, die für infrarotes Licht empfindlich sind (zur Dunkelheits-Detektion), hemmen die Hellkanäle in der Sublamina B (56b) der IPL (56). Die depolarisierenden niedrig herausragenden Elektroden (LPEs) (304) aus dem Bereich der Mikrofotodioden, der für infrarotes Licht empfindlich ist (zur Dunkelheits-Detektion), stimuliert die Dunkelkanäle in der Sublamina A (56a) der IPL (56). Die überpolarisierenden LPEs (204) aus dem Bereich der Mikrofotodiode, der für sichtbares Lichts empfindlich ist, hemmt die Dunkelkanäle in der Sublamina A (56a) der IPL (56). Die Schichten des Auges in dieser schematischen Darstellung einer teilweise degenerierten Retina sind am hinteren Pol von der Innenseite des Auges hin zu der Außenseite des Auges: die innere Grenzmembran (50); Nervenfaserschicht (52); Ganglienzellschicht (54); innere plexiforme Schicht (56), bestehend aus Sublamina B (56b) und Sublamina A (56a); und der teilweise degenerierten inneren Körnerschicht (58a). Die MMRI-IPVIR-A (400) werden zwischen der teilweise degenerierten inneren Retinaschicht (66a) und dem retinalen Pigmentepithel (68) und der Bruch'schen Membran (70), welche zusammen die äußere Retinaschicht (72) bilden, angeordnet. Außerhalb der äußeren Retinaschicht (72) sind die Choriokapillaris (74), die Choroidea (76) und die Sklera (80). Alternativ dazu können anstelle der MMRI-IPVIR-As (400) die Komponenten MMRI-IPVs und MMRI-IPIRs der 13 bis 16 oder die MMRI-IPVIR-Bs der 19 bis 20 in den subretinalen Raum (82) implantiert werden. 22 zeigt MMRI-IPVIR-ARs (8c) in einer neunten Ausführungsform dieser Erfindung, angeordnet auf der Oberfläche der inneren Grenzmembran (50) der Retina. In dieser Ausführungsform sind die MMRI-IPVIR-ARs (8c) in eine flexible, biologisch verträgliche Schicht (44) eingebettet, das es ermöglicht, dass beide der fotoaktiven Oberflächen und deren herausragenden Elektroden jedes MMRI-IPVIR-ARs (8c) dem Licht ausgesetzt sind. Die depolarisierenden hoch herausragenden Elektroden (HPEs) (302a) auf der gegenüberliegenden Seite der Infrarot-empfindlichen Mikrofotodioden (zur Dunkeldetektion) dringen in die Dunkelkanäle in der Sublamia A (56a) der inneren plexiformen Schicht (IPL) (56), um die Empfindung von Dunkelheit zu stimulieren. Die überpolarisierenden HPEs (202a) auf der entgegengesetzten Seite des für sichtbares Licht empfindlichen Bereichs der Mikrofotodioden dringen in die Sublamina A (56a) der IPL (56) ein, um die Dunkelkanäle zu hemmen. Die depolarisierenden niedrig herausragenden Elektroden (LPEs) (204a) auf der entgegengesetzten Seite des für sichtbares empfindlichen Bereichs der Mikrofotodioden dringen in die Sublamina B (56b) der IPL (56) ein, um die Helligkeitskanäle zu stimulieren. Die überpolarisierenden LPEs (304a) auf der entgegengesetzten Seite des für infrarotes Licht empfindlichen Bereichs der Mikrofotodiode (um Dunkelheit zu empfinden) dringt in die Sublamina B (56b) der IPL (56) ein, um den Helligkeitskanal zu hemmen. Die Schichten des Auges am hinteren Pol sind von der Innenseite des Auges zur Außenseite des Auges in dieser schematischen Darstellung einer teilweise degenerierten Retina: innere Grenzmembran (50); Nervenfaserschicht (52); Ganglienzellschicht (54); innere plexiforme Schicht (56), bestehend aus Sublamina B (56b) und Sublamina A (56a); die teilweise degenerierte innere Körnerschicht (58a); die alte zusammen die teilweise degenerierte innere Retinaschicht (66a) bilden. Das retinale Pigmentepithel (68) und die Bruch'sche Membran (70) bilden zusammen die äußere Retinaschicht (72). Außerhalb der äußeren Retinaschicht (72) sind die Choriokapillaris (74), die Choroidea (76) und die Sklera (80). In einer Unter-Ausführungsform können die MMRI-IPVIR-Ars (8c) hergestellt sein als MMRI-IPVs-Komponenten mit entgegengesetzter Polarität und MMRI-IPIRs-Komponenten mit entgegengesetzter Polarität, die in eine flexible biologisch verträgliche Schicht (44) eingebettet sind, was ermöglicht, dass beide fotoaktive Oberflächen und ihre herausragenden Elektroden jedes MMRI-IPV mit entgegengesetzter Polarität und jede MMRI-IPIR mit entgegengesetzter Polarität dem Licht ausgesetzt sind.
23 ist eine schematische Darstellung des adaptiven abbildenden Retina-Stimulations-Systems (AIRES) und zeigt dessen Teilsystemkomponenten: die Kopfeinrichtung (94) des Projektions- und optische Nachführsystems (PTOS), der Neuro-Netz-Computer (NNC) (96), die abbildende CCD-Kamera (IMCCD) (100) und das Eingabetablett (ISP) (102). Eine CCD zur Verfolgung der Pupillenreflexe (PRTCCD) (98), und eine Infrarot Sichtbar CRT-Anzeige (IRVCRT) (92) befindet sich innerhalb des PTOS (94). MMRI-4s (8) sind in dem subretinalen Raum des Auges (90) gezeigt. Während des Betriebes werden Bilder mit infrarotem und sichtbarem Licht von der IRVCRT (92) in dem PTOS (94) optisch auf das Auge (90) projiziert. Die Intensität, die Wellenlänge, Dauer und das Pulsieren der Bilder wird von dem NNC (96) gesteuert und durch die Patienteneingabe über die ISP-Schnittstelle (102) moduliert. Die IMCCD (100), die auf oder in der PTOS-Kopfeinrichtung (94) befestigt ist, stellt die Eingangsbilder für den NNC (96) zur Verfügung, welcher wiederum die Ausgabe der sichtbaren und infraroten Bilder der IRVCRT (92) programmiert. Eine PRTCCD (98) ist in die PTOS-Kopfeinrichtung (94) integriert, um die Augenbewegung über Änderungen in der Position der Pupillenreflexe zu verfolgen. Die PRTCCD (98) wird seine Ausgabe an den NNC (96) schicken, der wiederum das Ziel der IMCCD (100) über eine Servomotorsteuerung ausrichtet, um der Augenbewegung zu folgen. Das PTOS (94) kann auch so programmiert sein, so dass gerade soviel diffuse infrarote Beleuchtung zur Verfügung gestellt wird, um mit den Bildern (104) des vorhandenen sichtbaren Lichts auf den MMRI-4s (8) wechselzuwirken.
Der detaillierte Betrieb des AIRES-Systems ist wie folgt. Ein Patient mit einer großen Anzahl von implantierten MMRI-4s (8) wird ein pixelartiges Bild sehen, und zwar aufgrund der lokalisierten subretinalen Überpolarisation, die durch die PiN-Konfiguration der MMRI-4-Untereinheiten (10a) erzeugt wird. Diese elektrisch induzierten Bilder werden von dem Licht der eingehenden Umgebungsbilder (104) verursacht, die durch einen externen teilweise reflektierenden und durchlässigen Spiegel (106) des PTOS (94) durchgehen. Bilder von dunklen Details werden durch depolarisierende Ströme induziert, die durch die NiP-Konfiguration der MMRI-4-Untereinheiten (10b) erzeugt werden, die durch infrarote Beleuchtung und/oder Bilder, die von der IRVCRT (92) zur Verfügung gestellt werden, stimuliert wird. Die IRVCRT (92) wird von dem NNC (96) programmiert, um diffuse infrarote Beleuchtung und/oder infrarote Bilder zur Verfügung zu stellen, um sie mit sichtbaren Bildern (104) aus einfallendem Licht zu überlagern. Die Bildinformation für den NNC (96) wird von der angeschlossenen IMCCD (100) erhalten. Diffuse infrarote Beleuchtung von der IRVCRT (92) wird einen konstanten depolarisierenden "Ruhe-Strom" von den MMRI-4-NiP-Untereinheiten (10b) induzieren. Dieser "Ruhe-Strom" wird bei Abwesenheit von Lichtstimulation der PiN-Untereinheiten (10a) die Empfindung von Dunkelheit erzeugen. Wenn jedoch Licht vorhanden ist, um die PiN-Untereinheiten (1a) zu stimulieren, wird der entstehende überpolarisierende Strom den Infrarot-induzierten NiP depolarisierenden Ruhestrom versetzen. Das Ergebnis ist eine Wahrnehmung einer Empfindung von Licht durch den Patienten. Aufgrund der begrenzten Bandbreite der Empfindlichkeit der Infrarot-NiP-Konfiguration (10b) (740 nm bis 900 nm) ist das infrarote "Rauschen" der Umwelt minimal. Der Betrag des NiP depolarisierenden Ruhestroms wird anfänglich durch den Patienten über das ISP (102) eingestellt, und diese Information wird in den NNC (96) eingegeben. Sie wird dann mit bildverarbeiteten Information, die von dem angeschlossenen IMCCD (100) kommt, korreliert. Der geeignete Betrag des NiP "Ruhestroms" hängt von den Lichtbedingungen der Umgebung und der Bilder ab, was von dem NNC (96) "gelernt" wird. Mit zusätzlichem Lernen wird der NNC (96) dazu fähig sein, den Betrag des NiP "Ruhestroms" vorherzusehen, der benötigt wird, um genauere von dem Patienten empfangene Bilder zu erzeugen, ohne die Notwendigkeit einer Patienteneingabe.
Das gesamte Bild sichtbaren Lichts kann durch den IRVCRT (92) simultan oder in raschem Wechsel mit Infrarotbildpulsen projiziert werden, um die Funktion de MMRI-4(B) vollständig zu steuern. In dieser Situation ist der teilweise reflektierende/durchlässige Spiegel (106) des PTOS (94) durch einen vollständig reflektierenden Spiegel ersetzt, um zu verhindern, dass Umgebungslichtbilder (104) die MMRI-4s (8) stimulieren. Durch Programmierung der Pulsdauer und Frequenz der infraroten und sichtbares Licht Bilder, kann möglicherweise Farbsehen induziert werden, ähnlich zu dem Effekt eines Benham-Kreisels. Dieses Phänomen wurde auch dazu verwendet, mit Schwarz/Weiß-Fernsehanzeigen die Wahrnehmung von Farbbildern bei normalsichtigen Personen zu erzeugen.
24A bis D zeigt eine brillenartige Anordnung (94) der PTOS-Komponente des AIRES-Systems. Wie in 24D zu sehen ist, sind die Bedeutung und die Funktionsweise beider Versionen dieser Einrichtungen dieselben, obwohl das Schema des optischen System etwas von dem allgemeinen Schema der PTOS-Komponente (94), die in 23 dargestellt ist, abweicht. 24A ist eine Draufsicht auf das PTOS (94). Sie zeigt das Kopfpolster (108), die Bügel (110) und die Intensitätssensoren (112) für das Umgebungslicht. 24B ist eine Vorderansicht des PTOS (94). Sie zeigt den externen teilweise reflektierenden/durchlässigen Spiegel (106), eine tragende Nasenauflage (114), Intensitätssensoren (112) für das Umgebungslicht und das Fenster für die IMCCD (100), die in 23 schematisch gezeigt ist. 24C ist eine durchsichtige Seitenansicht des PTOS (94). Sie zeigt eine interne LED-Lichtquelle (92), die für infrarotes und sichtbares Licht geeignet ist, und die anstelle des IRVCRT (92) nach 23 eingesetzt wurde. Ebenfalls gezeigt ist der teilweise reflektierende/durchlässige Spiegel (106), die tragende Nasenauflage (114), das Kopfpolster (108), einer der Bügel (110) und das Energiezufuhr- und Signaldrahtkabel (116) zu dem NNC (96) nach 23. 24D ist ein Schema des PTOS (94). Es zeigt die MMRI-4s (8), die in dem subretinalen Raum des Auges (90) angeordnet sind, mit einem abgebildeten Umgebungsbild (104). Ebenso gezeigt ist die interne LED-Lichtquelle (92), die für infrarotes und sichtbares Licht geeignet ist, und der externe teilweise reflektierende/durchlässige Spiegel (106).
25 ist eine Darstellung, die die Komponenten des AIRES-Systems zeigt, das aus dem PTOS (94), dem tragbaren NNC (96), der an den Körper des Patienten gesichert werden kann, und der ISP (102)-Eingabeeinrichtung besteht.
26 ist eine ebene Ansicht (mit einer eingesetzten Explosions-Detailansicht) eines großen Wafers, der eine neunte Ausführungsform des Implantats dieser Erfindung enthält. Diese neunte Ausführungsform basiert auf einer Mikrofotodiode (401a) (im Folgenden als "MMRI-OPSISTER-D" bezeichnet). Jede MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodiode (401a) hat zwei Mikrofotodioden-Untereinheiten (402) und (404), wie in der eingesetzten Explosionsansicht in 26 gezeigt ist.
Wie weiter unten diskutiert wird, kann der große Wafer (405) in kleine waferartige Implantate (z. B. Wafer mit etwa 0,25 bis 15 mm (also Tausende bis Zehntausende) der MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodioden-Einheiten (401a). Alternativ dazu können große Wafer (405) in noch kleinere diskrete Implantate geschnitten werden (z. B. Implantate zwischen 1 Mikron und 0,25 mm, enthaltend ein bis 10000 MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodioden-Einheiten) (401a). Ob ein waferartiges Implantat oder diskrete Implantate hergestellt werden, viele der Herstellungsschritte und die Grundstruktur der MMRI-OPSISTER-D-Mikrofotodiode (401a) sind dieselben.
27A bis E illustrieren in perspektivischen Querschnittsansichten, die entlang des Schnitts XXVII-XXVII des MMRI-OPSISTER-D (401a) nach 26 genommen wurden, die Herstellungsschritte und den Aufbau der MMRI-OPSISTER-D (401a). In dem anfänglichen Herstellungsschritt (27A) werden die Mikrofotodioden-Untereinheiten (402) und (404) des MMRI-OPSISTER (401) unter Verwendung von Fotomaskierung, Ionenimplantation und Wärmetechniken gebildet, was auf beiden Seiten des anfänglichen verdünnten gesamten N-Wafer (405 nach 26) angewendet wird. Von oben nach unten in 27A hat die Mikrofotodioden-Untereinheit (402) eine P+-Schicht (406), eine intrinsische Schicht (408), eine N-Hauptschicht (409) und eine N+-Schicht 410. Die Mikrofotodioden-Untereinheit (404) hat eine N+-Schicht (410a), eine N-Hauptschicht (409a), eine intrinsische Schicht (408a) und eine P+-Schicht (406a). Die zwei Mikrofotodioden-Untereinheiten (402 und 404) werden elektrisch voneinander getrennt und von anderen MMRI-OPSISTERs auf demselben Substrat getrennt, durch P+-"Kanalblockiermittel" (412), welches die Untereinheiten (402 und 404) umgibt.
27B zeigt Kontaktanschlüsse aus Aluminium (418a–d), die auf den P+- und N+-Oberflächen (406, 406a, 410 und 410a) aufgebracht werden und durch Hitze hineingetrieben werden. Die Kontaktanschlüsse (418a–d) werden zwischen den P+- und N+-Oberflächen (406, 406a, 410 und 410a) auf jeder Seite des MMRI-OPSISTER (401) durch einen Isolatorstreifen (414a und 414b) aus Siliziumdioxid überbrückt.
27C zeigt das Aufbringen von Aluminiumleitern (415 und 415a) über die Isolatorstreifen (414a und 414b) aus Siliziumdioxid, so dass der Leiter (415) die Aluminiumkontaktanschlüsse (418a und 418b) kontaktiert und der Leiter (415a) die Aluminiumkontaktanschlüsse (418c und 418d) kontaktiert.
27D zeigt das Aufbringen von das Infrarote durchlassenden dielektrischen Filtern (422 und 422a) auf die P+-Oberflächen (406 und 406a), und der sichtbares Licht durchlassenden dielektrischen Filter (424 und 424a) auf die N+-Oberflächen (410 und 410a). Eine Schicht aus Barrierenaluminium (417), das während der Herstellung der dielektrischen Filter (422 und 424) benötigt wird, wird auch auf dem Leiter (415) aufgebracht. Gleichermaßen wird eine andere Schicht von Barrierenaluminium (417a), die während der Herstellung der dielektrischen Filter (424a und 422a) benötigt wird, auf den Leiter (415a) aufgebracht.
27E zeigt das Aufbringen der letzten Brückenelektrode (420) auf das Barrierenaluminium (417) und das Aufbringen der letzten Brückenelektrode (420a) auf das Barrierenaluminium (417a). Die letzten Brückenelektroden (420 und 420a) sind hergestellt aus irgendeinem biologisch verträglichen Elektrodenmaterial oder Kombinationen aus biologisch verträglichen Elektrodenmaterialien, wie etwa Iridium, Platin, Gold, Aluminium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Tantal, Titan, Chrom, Molybdän, Kobalt, Nickel, Eisen, Kupfer, Silber, Zirkon, Wolfram, Polysilizium oder Verbindungen, wie z. B. Oxide, aus denselbigen. Iridiumoxid ist das bevorzugte Material für die Elektroden (420 und 420a). Die MMRI-OPSISTER-Einrichtung (401) der 27A bis C mit dielektrischen Lichtfiltern wird eine MMRI-OPSISTER-D-Einrichtung (401a) in 27D, E genannt.
Wie in 27E gezeigt, erlauben es die dielektrischen Lichtfilterschichten (422, 422a, und 424, 424a) nur bestimmten aber unterschiedlichen Lichtbandbreiten durchzugehen. In der Ausführungsform, die in 27E dargestellt ist, erlauben es die dielektrischen Filterschichten (422 und 422a), die über den P+-Schichten (406 und 406a) liegen, nur infrarotem Licht durchzugehen, während die dielektrischen Schichten (424 und 424a), die die N+-Schichten (410 und 410a) überdecken, es nur sichtbarem Licht erlauben durchzugehen. In anderen Ausführungsformen können die zwei Arten der Schichten vertauscht sein, wobei die sichtbaren Lichtfilter auf den P+-Schichten aufgebracht werden, und die Infrarotlichtfilter auf den N+-Schichten aufgebracht werden. In noch weiteren Ausführungsformen, können die Filter (422, 422a) und die Filter (424 und 424a) es unterschiedlichen Bereichen von sichtbarem oder infrarotem Licht erlauben durchzugehen (z. B. Filter 422 und 422a erlauben nur grünem Licht durchzugehen und Filter 424, 424a erlauben nur rotem Licht durchzugehen).
Die MMRI-OPSISTER-D-Einrichtung (401a) wirkt so, dass sie aus dem subretinalen Raum (82) Sehen stimuliert (siehe 11). Wie weiter oben diskutiert, können die Implantate (401a) in diskrete physikalisch separate Einrichtungen gewürfelt werden, wie in 27E gezeigt. In diesem Zusammenhang werden MMRI-OPSISTER-D-Einrichtungen (401a) in den subretinalen Raum (bezeichnet als 82 in 11) eingebracht, indem ein flüssiger Träger injiziert wird oder sie in eine auflösbare Schicht eingebettet werden (beides vorher beschrieben).
Wie oben diskutiert, können große Wafer (405) nach 26 in kleinere waferartige Implantate (405a) geschnitten werden (siehe 28) mit einer Breite (oder einem Durchmesser) im Bereich von 0,25 mm bis 15 mm, vorzugsweise von 0,25 mm bis 2 mm. Vorzugsweise sind die Kanten des Implantats (405a) abgerundet oder abgeschrägt, wie in 28 gezeigt, um die Möglichkeit zu verringern, dass die Nerventransmission der darüberliegenden Nervenfaserschicht durch einen scharfen Knick in dieser Schicht nahe der Kante des Implantats verringert wird.
Ein oder mehr der waferartigen Implantate (405a) können dann in den subretinalen Raum (82) zwischen der inneren Retina (66) und der äußeren Retina (78) implantiert werden.
Um die Wirkungsweise jeder MMRI-OPSISTER-D-Einheit (401a) (z. B. die in 27 gezeigte) zu verstehen, sollte man die Funktion einer normalen, ungeschädigten Fotorezeptorzelle in einem Auge betrachten, und wie helle und dunkle Bilder wahrgenommen werden. In der normalen Retina bewirkt das Licht, dass die Fotorezeptorzellen intern negativer geladen werden, während das Fehlen von Licht oder ein dunkles Bild bewirkt, dass die Fotorezeptorzellen intern weniger negativ geladen werden. Die größere interne Negativität verursacht, dass von den Fotorezeptorzellen ein Signal zu einer Art von assoziierten bipolaren Zellen übermittelt wird, dass Licht wahrgenommen wurde. Die ge ringere interne Negativität verursacht, dass ein Signal durch die Fotorezeptorzellen zu einer anderen Art von assoziierten bipolaren Zellen übermittelt wird, die signalisieren, dass Dunkelheit (oder ein dunkles Bild) wahrgenommen wurde. Diese unterschiedlichen Arten von bipolaren Zellen sind mit ihren entsprechenden amakrinen Zellen und Ganglienzellen assoziiert, die das analoge Signal von Licht und Dunkelheit, erzeugt durch die bipolaren Zellen, in digitale Signale verwandelt, die dann zum Gehirn gesendet und als visuelle Information verarbeitet wird.
Wie oben diskutiert wird deshalb funktionell eine dominierende Bandbreite des Lichts, welches auf das MMRI-OPSISTER-D (401a) scheint (z. B. sichtbares Licht oder ein Teil davon, etwa grünes Licht) das Erzeugen eines Stromes mit einer Polarität von einer Elektrode (420) bewirken, und mit entgegengesetzter Polarität von der anderen Elektrode (420a), während eine unterschiedliche dominierende Bandbreite des Lichts (z. B. infrarot, oder ein anderer Bereich des sichtbaren Lichts, etwa rotes Licht), welches auf das MMRI-OPSISTER-D (401a) scheint, das Erzeugen eines Stromes mit ungekehrter Polarität von den Elektroden (420 und 420a) verursacht (im Vergleich zu der Polarität der Elektroden 420 und 420a mit der Stimulation sichtbaren Lichts in der ersten Situation). Unter typischen Beleuchtungsbedingungen wird Licht gefunden, das aus einer Mischung aus unterschiedlichen Bandbreiten zusammengesetzt ist. Abhängig von der dominierenden auftretenden Bandbreite wird entweder die P+- oder die N+-Schicht eine größere Lichtintensität empfangen und als Ergebnis intensiver stimuliert werden als die andere. Deshalb wird Strom einer Polarität von z. B. Elektrode (420) unter in einer Bandbreite dominierenden Beleuchtungsbedingungen erzeugt, während Strom anderer Polarität von Elektrode (420) unter in anderer Bandbreite dominierenden Beleuchtungsbedingungen erzeugt wird. Bei der Orientierung der MMRI-OPSISTER-D (401a) nach 27E in dem subretinalen Raum kommt das Licht (430) von oben. Die Elektrode (420) ist die stimulierende Elektrode der inneren Retina (66), wie in 11 gezeigt, weil sie in direktem Kontakt mit diesem Teil der Retina ist. Die Elektrode (420a), die einen Strom erzeugt, der entgegengesetzt zu dem der Elektrode (420) ist, ist von der inneren Retina abgewandt und wirkt als die elektrische Rückführung des Stroms von Elektrode (420). Weil das MMRI-OPSISTER-D (401a) eine symmetrische Einrichtung ist, erzeugt das einfallende Licht (430) dieselbe Polarität der Stimulation der inneren Retina, egal ob die Elektrode (420) oder die Elektrode (420a) der inneren Retina zugewandt ist.
Bei typischen Patienten mit Makuladegeneration ist z. B. der das Licht empfangene Bereich der Fotorezeptorzelle(n) beschädigt oder verloren, und hinterlässt den verbleiben den Fotorezeptor. Wenn eine Einrichtung wie das MMRI-OPSISTER-D (401a), das in 27E gezeigt ist, in den subretinalen Raum (82) nach 11 an die gleiche Stelle wie, aber anstelle der MMRI-4's (8) eingesetzt wird, in Kontakt mit den verbliebenen Fotorezeptorzellen (64), und wenn die geeignete Bandbreite des Lichts (z. B. sichtbares Licht oder ein Bereich dieses Spektrums, z. B. grünes Licht, wie oben diskutiert) die N+-Oberfläche der Einrichtung, die dem einfallenden Licht zugewandt ist, stimuliert, werden die negativen Ladungen, die durch die N+-Oberfläche der Einrichtung erzeugt werden, eine größere Negativität in dem internen Bereich der Rest-Fotorezeptorzellen induzieren und die Wahrnehmung von Licht erzeugen. In diesem Beispiel verursacht die größere interne Negativität in diesem Bereich ein Signal, das einer Lichtwahrnehmung entspricht und an die bipolare Zelle übertragen wird, die für das Übertragen der Wahrnehmung von Licht verantwortlich ist.
Gleichermaßen, wenn eine Einrichtung wie das MMRI-OPSISTER-D (401a), das in 27E gezeigt ist, in dem subretinalen Raum (82) nach 11 an die gleiche Stelle wie, jedoch anstatt der MMRI-4's (8) eingesetzt wird, in Kontakt mit den Rest-Fotorezeptorzellen (64), und die geeignete Bandbreite des Lichts (z. B. infrarotes Licht oder ein anderer Bereich des Spektrums, etwa rotes Licht, wie oben diskutiert) die P+-Oberfläche der Einrichtung stimuliert, die dem einfallenden Licht zugewandt ist, wobei die positiven Ladungen, die durch die P+-Oberfläche der Einrichtung erzeugt werden, eine geringere Negativität in dem internen Bereich der Rest-Fotorezeptorzelle induziert und die Empfindung von Dunkelheit oder dunklen Farbtönen erzeugt. In diesem Beispiel verursacht die geringere interne Negativität an dieser Stelle, dass ein Signal, das eine Empfindung von Dunkelheit oder dunklen Farbtönen repräsentiert, an die entsprechenden bipolaren Zellen übertragen wird, die für die Übertragung der Empfindung von Dunkelheit oder dunklen Farbtönen verantwortlich ist.
Die Brückenelektroden (420, 420a) ermöglichen den P+- und N+-Oberflächen, die Retina durch dieselbe Elektrode elektrisch zu stimulieren. Das ist wichtig, um die Möglichkeit von Gewebeverletzungen durch das anhaltende Ausgesetztsein mit Strömen, die nur in eine Richtung fließen, zu verringern. Jedoch wird vermutet, dass sehr kleine Ströme notwendig sind und zum Fließen in dem subretinalen Raum induziert werden, und zwar durch jede der Einrichtungen, die hier offenbart sind. Das Zurverfügungstellen von Brückenelektroden (420, 420a) wird nur als Vorsichtsmaßnahme gemacht. Jedoch erlauben es Brückenelektroden auch, dass die MMRI-OPSISTER-D-Einrichtung kleinere Flächen der Retina stimuliert, und deshalb höhere Auflösungen erzeugt, als andere Ausführungsformen dieser Erfindung.
Wie in 27E gezeigt, sind die MMRI-OPSISTER-D-Einrichtungen (401a) typischerweise in der Größenordnung von 10 Mikron dick, können aber von 3 Mikron bis 1000 Mikron in der Dicke variieren.
Wie in 28 gezeigt, ist die kleine Siliziumscheibe (405a) mit ihren MMRI-OPSISTER-D-Einrichtungen (401a), die implantiert im subretinalen Raum (82) gezeigt ist, typischerweise in der Größenordnung von 40 Mikron dick, kann aber von 3 Mikron bis 1000 Mikron in der Dicke variieren.

Claims

Ein Retinaimplantat (106, 8, 8a, 8c, 400, 500), um im Auge geformtes Sehen elektrisch zu induzieren, umfassend eine PiN-Mikrofotodiode (10a, 10b, 401a, 402, 404) mit einer P-Seite und einer N-Seite, wobei die P-Seite des Implantats eine Lichtfilterschicht (122, 20, 222, 310, 422, 422a) aufweist, die es einer ausgewählten Bandbreite des ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektrums selektiv erlaubt durchzugehen, und wobei die N-Seite des Implantats eine Lichtfilterschicht (124, 22, 210, 322, 424, 424a) aufweist, die es einer ausgewählten Bandbreite des ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektrums selektiv erlaubt durchzugehen, wobei das Retinaimplantat geeignet ist, die Retina, unabhängig davon, ob die P-Seite oder die N-Seite in Richtung in das Auge einfallenden Lichts orientiert ist, zu stimulieren.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 1, wobei die Filterschichten der N-Seite und der P-Seite es im Wesentlichen der selben Bandbreite erlauben durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtfilterschicht der N-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 740 nm bis 900 nm erlaubt durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 3, wobei die Lichtfilterschicht der P-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 740 nm bis 900 nm erlaubt durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 2, wobei die Lichtfilterschicht der N-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 400 nm bis 740 nm erlaubt durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 5, wobei die Lichtfilterschicht der P-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 400 nm bis 740 nm erlaubt durchzugehen.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 1, wobei die Filterschichten der N-Seite und der P-Seite es im Wesentlichen unterschiedlichen Bandbreiten erlauben durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 7, wobei die Lichtfilterschicht der N-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 740 nm bis 900 nm erlaubt durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 8, wobei die Lichtfilterschicht der P-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 400 nm bis 740 nm erlaubt durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 7, wobei die Lichtfilterschicht der N-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 400 nm bis 740 nm erlaubt durchzugehen.
Das Implantat gemäß Anspruch 10, wobei die Lichtfilterschicht der P-Seite ein dielektrischer Filter ist, der 740 nm bis 900 nm erlaubt durchzugehen.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 1, wobei die PiN-Mikrofotodiode (1) eine P-Elektrode aus P-dotiertem Polysilizium, (2) eine dielektrische P-Seite-Lichtfilterschicht, (3) eine P+-Schicht, (4) eine intrinsische Schicht, (5) ein N-Typ-Siliziumsubstrat, (6) eine N+-Schicht, (7) eine dielektrische N-Seite-Lichtfilterschicht und (8) eine N-Elektrode aus N-dotiertem Polysilizium umfasst.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 12, wobei das Implantat weiterhin einen ersten elektrischen Kontaktanschluss, der elektrischen Kontakt zwischen der P-Elektrode und der P+-Schicht herstellt, und einen zweiten elektrischen Kontaktanschluss, der elektrischen Kontakt zwischen der N-Elektrode und der N+-Schicht herstellt, umfasst.
Das Implantat gemäß Anspruch 1, wobei das Implantat zwei der PiN-Mikrofotodioden umfasst, wobei jede der Mikrofotodioden eine entgegengesetzt gerichtete Orientierung wie die andere aufweist, sodass bei Implantieren in das Auge die P-Seite einer Mikrofotodiode einfallendem Licht zugewandt sein wird und die N-Seite der anderen Mikrofotodiode einfallendem Licht zugewandt sein wird.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 12, wobei die P-Elektrode aus der Oberfläche des Implantats herausragt.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 12, wobei die N-Elektrode aus der Oberfläche des Implantats herausragt.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 15, wobei die N-Elektrode aus der Oberfläche des Implantats herausragt.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 17, wobei die P-Elektrode und die N-Elektrode von etwa 1 μm bis etwa 200 μm herausragen.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 18, wobei die P-Elektrode und die N-Elektrode von etwa 2 μm bis etwa 100 μm herausragen.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 14, wobei eine gemeinsame Elektrode mit der P-Oberfläche und der N-Oberfläche auf einer Seite des Implantats in elektrischem Kontakt ist und eine andere gemeinsame Elektrode mit der P-Oberfläche und der N-Oberfläche auf der anderen Seite des Implantats in elektrischem Kontakt ist.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 20, wobei ein gemeinsamer Siliziumsubstratwafer eine Mehrzahl der Implantate umfasst.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 21, wobei der gemeinsame Siliziumsubstratwafer eine abgeschrägte Kante aufweist.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 1, umfassend wenigstens zwei Mikrofotodiodenuntereinheiten, wobei jede der beiden Untereinheiten gegenüberliegende PiN- und NiP-Orientierungen aufweisen, wobei, wenn das Implantat in dem Auge angeordnet ist, um einfallendes Licht zu empfangen, eine der Untereinheiten eine PiN-Konfiguration relativ zu dem einfallenden Licht und die andere Untereinheit eine NiP-Konfiguration relativ zu dem einfallenden Licht aufweist und wobei die PiN-Mikrofotodiode eine der wenigstens zwei Mikrofotodiodenuntereinheiten bildet.
Das Implantat gemäß Anspruch 23, wobei die zwei Untereinheiten symmetrisch sind und positive Polelektroden an gegenüberliegenden Oberflächen des Implantats und negative Polelektroden an gegenüberliegenden Oberflächen des Implantats haben, wobei das Implantat in gleicher Weise funktionieren kann, unabhängig davon welche der beiden Oberflächen dem in das Auge einfallenden Licht zugewandt ist.
Das Implantat gemäß Anspruch 24, umfasst mehrere Paare der zwei Untereinheiten.
Das Implantat gemäß Anspruch 25, wobei das Implantat zwei Paare der zwei Untereinheiten umfasst.
Das Implantat gemäß Anspruch 23, wobei das Implantat zwischen 1 μm und 1000 μm breit und lang ist und wobei die Dicke des Implantats zwischen 1% bis 500% der Breite beträgt.
Implantat gemäß Anspruch 23, wobei das Implantat zwischen etwa 10 μm und etwa 50 μm breit und lang ist und wobei die Dicke des Implantats zwischen etwa 25% bis 50% der Breite beträgt.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 1, umfassend zwei Gruppen von mikrofotoelektrischen Untereinheiten, die auf einem Substrat gebildet sind, wobei die zwei Gruppen von entgegengesetzter Orientierung sind; eine erste Gruppe von wenigstens einer PiN-Untereinheit und eine zweite Gruppe von wenigstens einer NiP-Untereinheit, sodass die P+-Schicht der ersten Gruppe neben der N+-Schicht der zweiten Gruppe ist, wobei die PiN-Mikrofotodiode die wenigstens eine PiN-Untereinheit oder die wenigstens eine NiP-Untereinheit bildet.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 29, weiterhin umfassend eine erste gemeinsame Elektrode, welche die P-Oberfläche wenigstens einer der Untereinheiten der ersten Gruppe mit der N-Oberfläche einer Untereinheit der zweiten Gruppe kontaktiert und eine zweite gemeinsame Elektrode, welche die N-Oberfläche wenigstens einer der Untereinheiten in der ersten Gruppe mit der P-Oberfläche einer Untereinheit der zweiten Gruppe kontaktiert.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 30, wobei jede PiN-Untereinheit mit einer NiP-Untereinheit gepaart ist und jede gepaarte PiN-NiP-Untereinheitenkombination eine erste und zweite gemeinsame Elektrode aufweist.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 31, umfassend mehrere gepaarte PiN/NiP-Untereinheitenkombinationen.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 32, wobei die mehreren gepaarten PiN/NiP-Untereinheitenkombinationen auf einem 1 μm bis 0,25 mm breiten Substrat sind.
Das Retinaimplantat gemäß Anspruch 32, wobei die mehreren gepaarten PiN/NiP-Untereinheitenkombinationen auf einem 0,25 mm bis 15 mm breiten Substrat sind.