초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 고해상도 인공망막을 위한 6각형 구조의 광센서 어레이 개발 및 검증을 목표로 하여 인공망막 자극기에 필요한 빛 감지 센서 및 자극기 회로를 개발하고 벤치-탑 환경에서 검증하여 추후 개발될 인공망막자극기의 시스템에 적용하여 이용할 수 있도록 하고자함. 이를 위해 1) 양극세포와 전극의 전기적인 모델을 정립하여 COMSOL 툴을 사용하여 컴퓨터상의 시뮬레이션을 통해 아이디어를 검증하였고, 2) 제어기능을 탑재한 6각형 구조의 5×5 픽셀 전극 어레이 시스템을 구성하였고 3) 신경절 세포를 전극 어레이에 올려

□ 연구개요
본 연구는 고해상도 인공망막을 위한 6각형 구조의 광센서 어레이 개발 및 검증을 목표로 하여 인공망막 자극기에 필요한 빛 감지 센서 및 자극기 회로를 개발하고 벤치-탑 환경에서 검증하여 추후 개발될 인공망막자극기의 시스템에 적용하여 이용할 수 있도록 하고자함. 이를 위해 1) 양극세포와 전극의 전기적인 모델을 정립하여 COMSOL 툴을 사용하여 컴퓨터상의 시뮬레이션을 통해 아이디어를 검증하였고, 2) 제어기능을 탑재한 6각형 구조의 5×5 픽셀 전극 어레이 시스템을 구성하였고 3) 신경절 세포를 전극 어레이에 올려놓은 후 6각형 리턴전극 스캐닝 기능을 사용하여 신경절 세포의 반응을 관찰하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표 100% 달성함.
1. 망막-전극간의 전기적 모델 정립: in-vivo에서 망막 전극간의 임피던스 측정함.
2. 컴퓨터 시뮬레이션 검증
임피던스 결과를 바탕으로 본 과제에서 제안한 6각 구조 스캐닝 자극 패턴에 대한 시뮬레이션을 수행하여, 아이디어 검증을 성공하였음.
3. 칩 제작을 위한 환경 구축: 고해상도 자극기 어레이를 개발하기 위한 칩 제작 환경을 구축함.
4.망막조직 in-vivo 측정을 위한 수술 고도화: 동물안구에 패키징된 모형을 삽입하며 수술방법을 개선
5. 광다이오드 특성 분석 (시뮬레이션)
특성분석 시행하여 빛에 가장 민감한 빛의 세기 영역을 확인하고 둔감한 영역에 대한 포토다이오드의 반응을 조절하기 위한 방안을 계획.
6.회로 설계 및 시뮬레이션 검증: 회로 설계 및 검증함.
7. 고해상도 광다이오드 자극기 어레이 레이아웃 및 제작의뢰
설계된 회로를 토대로 256픽셀 자극기 제작함
8. 약물 유도된 망막변성 토끼 준비: 2종류의 토끼모델을 제작함
9. 자극기 어레이칩의 benchtop 실험 셋업 (PCB 설계 및 제어 모듈 설정)
제작된 자극기를 검증할 full path 자극 반응 검증 시스템 마련함.
10. 자극기 어레이칩의 benchtop 검증 (전기적 성능 검증) : 벤치탑 시스템으로 검정
11. in-vitro 실험 (3차 실험들을 할 계획)
제작된 자극기에 전극을 연결해 망막 조직에 전기자극을 주고 반응을 기록함
12. 해외 지식 재산권 확보 및 어레이 칩의 성능 향상 (상용화 준비)
지식재산권 국외출원 2건 시행함
13. 정량지표: SCI 논문 3건 발표, 특허 출원 6건 및 등록 4건 확보

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구과제는 인공망막 장치의 한계를 개선하기 위한 것으로, 그 중 가장 문제가 되는 픽셀간의 간섭 현상을 해결하는 것임. 이를 해결하기 위하여 6각 구조의 스캐닝 기법을 제안 하였고 전극과 망막 조직의 간섭 현상부터 컴퓨터로 분석하여, 기존의 문제점을 해결하기 위해서 접근한 뒤 이 결과를 토대로 침을 설계하고 실제 제작한 뒤, 타 연구팀에서 제작한 다중전극배열을 이용하여 상태로 배양한 망막 조직에 전기자극의 유효성을 측정하는 등 실제 제품개발을 위해 필요한 모든 연구 단계를 시행함으로 기초연구에 초점을 두었지만 그 결과를 인공망막 장치의 개발에 적용할 수 있는 토대를 만들었음. 이번 연구에서 개발된 256 픽셀 자극기 칩을 기반으로 추후 3☓3mm2라는 제한된 공간 안에 자극기의 픽셀 밀도를 약 20μm 이내까지 올려 환자에게 시력 0.2까지 나오는 상업적으로도 성공가능성이 있는 제품을 만드는 핵심 기술이 될 것으로 예상함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1. 약물유도 망막변성 토끼의 망막분리 및 망막 임피던스 측정 ... 4
• 2. 육각구조 전극의 컴퓨터 시뮬레이션 결과 ... 7
• 3. 망막조직 in-vivo 측정을 위한 수술 고도화 ... 8
• 4. 약물 유도된 망막변성 토끼 준비 ... 12
• 5. 자극기 회로 설계 및 시뮬레이션 검증 ... 16
• 6. 자극기 어레이칩의 BenchTop환경 성능검증 ... 18
• 7. 자극기 칩을 이용한 in-vitro 실험 ... 19
• 8. 256 픽셀 자극기 칩 제작 ... 22
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 23
• 4. 참고문헌 ... 24
• 5. 연구성과 ... 28
• 끝페이지 ... 30