초록 ▼

○ 연구 최종 목표
• 본 연구에서는 새로운 개념의 합금 플라즈모닉 미세전극을 이용한 신경전달물질의 실시간 전기화학적 활성도 측정 및 근적외선 표면증강라만산란을 이용한 무표지 신경전달물질 검출로 자극에 의한 신경전달 물질의 실시간 변화를 나노소재 · 나노광학 · 전기화학 기술의 융합을 통하여 현재의 기술이 가지는 시간적, 공간적 해상도(검출 민감도, 특이도)의 제약 등의 한계를 극복하고자 함. 특히 신경전달물질의 활성을 전기화학적 · 분광학적인 방법을 동시에 가능하게 하는 다기능 플라즈모닉 미세전극의 제작을 목표로 함. 또한

○ 연구 최종 목표
• 본 연구에서는 새로운 개념의 합금 플라즈모닉 미세전극을 이용한 신경전달물질의 실시간 전기화학적 활성도 측정 및 근적외선 표면증강라만산란을 이용한 무표지 신경전달물질 검출로 자극에 의한 신경전달 물질의 실시간 변화를 나노소재 · 나노광학 · 전기화학 기술의 융합을 통하여 현재의 기술이 가지는 시간적, 공간적 해상도(검출 민감도, 특이도)의 제약 등의 한계를 극복하고자 함. 특히 신경전달물질의 활성을 전기화학적 · 분광학적인 방법을 동시에 가능하게 하는 다기능 플라즈모닉 미세전극의 제작을 목표로 함. 또한, 플라즈모닉 소재와 구조에 따라 가변적인 (다양한 파장의 빛으로 선택적 라만신호증강, 다양한 생체 내 신경세포 자극 및 광열효과) 플랫폼의 설계가 가능해 향후 핵심 기술로 부각될 것으로 기대됨.

○ 연구 수행 내용 및 결과
• 다이아몬드(Boron-doped diamond) 및 탄소섬유미세전극(Carbon-fiber microelectrode)제작
- FSCV용 미세전극은 Boron-doped 다이아몬드 및 단일가닥 탄소섬유(single carbon fiber, d=7μm, Cytec Thornel®T300)를 이용하여 제작함
• FSCV용 미세전극 상 플라즈모닉 미세 구조 도입
- 대뇌삽입용 미세전극 상의 고체상 플라즈모닉 합금(Au-Pt) 나노구조를 순차적으로 열증착하여 SEM (Scanning Electron Microscope) 및 EDS를 이용하여 표면 morphology와 성분 분포를 확인함
• FSCV를 이용한 도파민 실시간 모니터링
- In-vitro 실험은 In-vivo의 신경전달물질의 분비와 재흡수를 모방할 수 있도록 하고, FSCV 측정 시스템을 이용하여 수행함. 도파민 측정을 위한 FSCV 파형으로 삼각파 (Triangular waveform)를 사용하였으며, 400V/s의 스캔속도로 100 ms 마다 삼각파가 반복되도록 설정함. 전압을 –0.4 < +1.5 < -0.4, 주기 10 Hz로 인가하면서 이에 따라 발생되는 전류를 측정하며, 도파민 1 μM를 flow-cell을 이용하여 injection 함
- 도파민 injection이후 도파민 산화에 의한 전류값을 측정하였으며, Au-Pt 나노구조의 촉매활성으로 Time response가 증가됨
• 표면-라만산란법을 이용한 신경전달물질의 검출
- 멀티모달 미세전극를 이용한 도파민 라만신호을 측정하기 위하여 공초점현미경에 라만분광 측정을 위한 시스템을 셋업하고, 기존의 탄소섬유미세전극과 플라즈모닉 구조를 도입한 미세전극을 이용하여 도파민 1 μM의 라만 신호를 분석함. 도파민의 특이 라만 peak을 확인하였으며, 세로토닌, GABA 등 여러 가지 신경전달물질에서의 라만 신호를 측정하고, 각각의 신호로부터 여러 신경전달물질의 구별 가능성을 확인함

○ 연구성과의 파급성
• 신경전달물질의 실시간 모니터링을 위한 고속스캔순환전압전류법(FSCV) 및 표면-증강라만분광 기반의 멀티모달 미세전극은 기존의 각각의 기술이 가지고 있는 단점을 극복하고, 두 기술 간의 상호보완을 통해 시너지 효과를 낼 수 있을 것임. 고속스캔순환전압전류법(FSCV)는 시간 및 공간적 해상도가 비교적 높은 기술이긴 하나 다양한 신경전달물질이 존재하였을 때 상호 간섭에 의해 특정 신경전달물질을 특이적으로 검출하는 것이 힘듦.
• 미세전극 상에 플라즈모닉 나노 구조를 도입하면 FSCV 측정 내구성 및 temporal response가 증가 할 뿐만 아니라 동시에 표면-증강라만산란을 위한 프로브로 활용이 가능하여 신경전달물질을 특이적으로 검출할 수 있게 됨
• 재활이나 치료 목적으로 뇌의 특정 부위에 전기적 자극을 가하는 뇌심부자극시스템(DBS)과 결합하여 파킨슨, 알츠하이머와 같은 뇌 질환과 관련이 높은 신경전달물질을 실시간으로 모니터링하고 이를 이용하여 뇌에 가하는 자극 파라미터를 능동적으로 조절할 수 있게 될 것임

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 10