Battery-free artificial vision using photovoltaic charge-shot circuit based retinal stimulator.

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網膜を電気的に刺激することで光を知覚させ視覚機能を代替する人工視覚システムのために、本研究では光入力によって駆動・制御することが可能な光起電力チャージショット回路を提案している。これまで試作検討してきた回路は、半導体フォトダイオードが受光した際に発生する微弱な電流（~5 μA）をコンデンサに充電し、光が遮断された際に瞬間的に放電することで網膜細胞や神経細胞を刺激するために十分な大きさの電流パルス（>100 μA）を発生させる仕組みで、マウスの坐骨神経を対象とした動物実験で実際の刺激効果を確認することに成功している。しかしながら、眼球内の網膜に適用して高密度多点刺激するためには、個々の回路を小型化する必要がある。その際、充電のために回路に搭載されたコンデンサが小型化する上での最大の妨げになっていた。そこで、コンデンサ部品を搭載せずに充電する機能を付加するために、刺激電極が持つ電気二重層による静電容量に着目した。電気二重層は、電極と電解質溶液との界面において電気化学的作用によって静電容量が発生する現象であり、特に、電極材料として多孔質カーボンを用いた際に面積当たり大きな静電容量を持つ。実験では、多孔質カーボンの粉末を金属線に接着した多孔質カーボン電極（PCE）を試作し、これを用いて新たな光起電力チャージショット回路を設計・試作した。回路受光部のフォトダイオードに入力光を点滅させて照射すると、入力光が照射から遮断された時点においてPCEから生理食塩水に88 μAの電流パルスが発生することが確認された。従って、コンデンサ部品を搭載せずとも大きな振幅の電流パルスを発生可能であることが実証され、回路の小型化への見通しを立てたことで提案技術による人工視覚システムの実現に近づけることができた。