초록 ▼

본 연구과제는 높은 생체적합성과, 뛰어난 생체전기신호 감응도 및 자극 효율을 갖는 직립형 실리콘-전도성고분자 코어쉘 나노와이어 어레이 기반의 3차원 나노 전극 소자를 개발하고, 전극의 나노구조가 신경세포 생장성에 미치는 영향과 나노전극체에 의한 신경흥분 측정 및 유도 기작을 밝히며, 최종적으로 나노지형(nanotopography), 기계적(traction force) 및 전기생리학적(electrophysiologial) 자극에 의해 신경돌기 성장 및 축색돌기(axon) 재생 촉진을 유도하는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서는

본 연구과제는 높은 생체적합성과, 뛰어난 생체전기신호 감응도 및 자극 효율을 갖는 직립형 실리콘-전도성고분자 코어쉘 나노와이어 어레이 기반의 3차원 나노 전극 소자를 개발하고, 전극의 나노구조가 신경세포 생장성에 미치는 영향과 나노전극체에 의한 신경흥분 측정 및 유도 기작을 밝히며, 최종적으로 나노지형(nanotopography), 기계적(traction force) 및 전기생리학적(electrophysiologial) 자극에 의해 신경돌기 성장 및 축색돌기(axon) 재생 촉진을 유도하는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서는 상기의 목표를 이루기 위하여 다음의 목표를 달성하였다.
· 수직형 실리콘 나노와이어의 합성과 기하학적 파라미터의 조절
대면적 제작이 가능한 용액 공정을 이용하여 기하학적인 파라미터들을 광범위 하게 조절 가능한 수직형 실리콘 나노와이어를 합성하였다. 본 연구에서는 기존에 알려진 금속을 이용한 화학식각법에 자기조립법을 이용한 polystyrene (PS) beads patterning 방법을 통하여 실리콘 나노와이어의 기하학적인 파라미터를 독립적으로 조절하였으며 웨이퍼 스케일의 대면적 나노구조 제작을 가능하게 하였다.
· 신경세포와 수직형 나노전극의 상호작용 분석
나노전극의 생체적합성 및 신경세포 성장에 미치는 영향을 알아보기 위해, 본 연구에서는 나노전극위에서 배양한 신경세포를 대조군과 비교하여 특징적으로 나타나는 신경세포와 전극과의 상호작용 및 그 원인에 대하여 조사하였다. 그 결과, 본 연구 그룹에서 제작한 수직형 실리콘 나노전극의 경우에는 세포부착 물질의 도움 없이도 그 성장이 확연히 향상된 것을 확인하였고, 그 길이에도 영향을 받는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라, 이러한 현상이 나노전극구조가 세포의 견인력을 향상시켜, 세포의 성장을 촉진시키는 방향으로 작용하는 것을 증명하였다. 이는 추후 전기적, 화학적 자극에 덧붙여 지형적 자극까지도 도입시켜 신경의 재생에 활용할 수 있는 토대를 제공하여, 신경재생의학에의 응용에 큰 공헌을 할 것으로 예상된다.
· 전기화학적 방법을 통해 합성된 코어-쉘 구조의 제작 및 특성화
본 연구에서는 전기화학적으로 직립형 실리콘 나노구조체의 표면에 전도도 향상과 세포와의 전기적 접합성 향상을 동시에 얻을 수 있는 전도성 고분자를 전기화학적으로 합성하는 것을 목표로 진행하였다. 표면의 고분자 도포를 확인한 후, 세포-전극 인터페이스 소자로 사용하기 위해 소자위에서의 세포의 생장을 살펴봄으로써, 추후 소자로써 활용을 가능하게 하였다. 본 코어-쉘 전극의 개발은 전기적 자극에 의한 신경 세포의 활성 변화, 신경돌기 성장, 손상된 액손 재생, 신경성장인자의 발현 여부를 조사하는 일은 전기적 자극에 대한 신경 세포/조직의 반응을 깊이 이해하고 신경조직 재생과 같은 의학적 응용에도 큰 공헌을 할 것으로 기대된다.