초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
< 시공분해능이 높은 3차원 나노 신경 소자 개발 및 신경회로 연구 >
1. 고 분해능 뇌 임플란트 나노 신경 전극 및 IC 칩 설계
1) 단위 신경세포의 세포 내외 신호 고감도 측정 및 일대일 자극 가능한 나노선 기반 전극 개발
2) in-vivo 적용을 위한 IC 칩의 고집적·초소형화 및 인터페이스 구축
2. 신경 네트워크 신호 검출 및 변환
1) 뇌 네트워크의 역치(threshold) 이상 검출 신호를 (0,1) 비트 신호로 전환(firing 여부 판단)

□ 연구의 목적 및 내용
< 시공분해능이 높은 3차원 나노 신경 소자 개발 및 신경회로 연구 >
1. 고 분해능 뇌 임플란트 나노 신경 전극 및 IC 칩 설계
1) 단위 신경세포의 세포 내외 신호 고감도 측정 및 일대일 자극 가능한 나노선 기반 전극 개발
2) in-vivo 적용을 위한 IC 칩의 고집적·초소형화 및 인터페이스 구축
2. 신경 네트워크 신호 검출 및 변환
1) 뇌 네트워크의 역치(threshold) 이상 검출 신호를 (0,1) 비트 신호로 전환(firing 여부 판단)
2) 검출 신호의 아날로그 (analog) 신호로 복원 (역치 이하 신호 Sub-threshold EPSPs/IPSPs)
3. 저전력 고속 임플란터블 무선 통신·전력 전송 IC 칩 설계
1) 고해상도 신경 신호의 외부 전송을 위한 고속 무선 통신 IC 칩 개발
2) IC 칩의 고집적·초소형화를 위한 무선 전력 전송 기능 확보

□ 연구개발성과
1. 고 분해능 뇌 임플란트 나노 신경 전극 및 IC 칩 설계
- 단일 뉴런 자극이 가능한 수직형 나노와이어 전극 어레이 소자 개발을 통해 뉴럴 네트워크 내 activation pattern 모니터링 확인 및 나노선 전극의 높은 공간 분해능 자극 특성 확인 (Nanoscale, 2020년 1월 논문 게재)
- 나노와이어 전극 소자를 통한 24시간 이상의 장시간 세포 내 신호 측정 결과(Scientific Reports, 2020년 3월 논문 게재)
2. 신경 네트워크 신호 검출 및 변환
- Gm-C 구조와 VCO를 활용하여 172.3 dB의 CTDSM neural recording ADC를 설계 및 in vivo ECoG & Spike 측정
3. 저전력 고속 임플란터블 무선 통신·전력 전송 IC 칩 설계
- 저에너지 임플란터블 무선 신호 전송을 위한 송수신기 IC칩을 CMOS 0.11um 공정을 통해 제작하여 전극을 통한 송수신 동작 및 특성을 in-vivo 실험으로 확인 (IEEE Solid-State Circuits Letter, 2020년 3월 논문 게재)
- 배터리를 사용하여 토끼 신체를 이용한 Body Channel Communication (BCC)이 되는 것을 확인
- 설계한 IC를 가지고 사람 팔을 사용하여 BCC 및 전력 Wireless Power Transfer (WPT) 전송이 되는지 확인
4. 소형의 임피던스 센서 IC와 VEGF 센서를 이용한 콜레라 센서 IC 개발
- Array 타입의 임피던스 센서를 구현하기 위해서 1ch의 0.02mm2의 면적을 갖고 100dB의 측정 범위를 가지는 임피던스 IC를 개발 (IEEE Symposium on VLSI Circuits, 2019년 6월 논문 게재)
- VEGF 센서를 활용하여 콜레라의 임피던스의 변화로 암 세포 검출 IC를 개발(IEEE Trans. on Biomedical Circuits and Systems, 2019년 12월 논문 게재)

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
뇌 회로 및 신경에 자극을 주기 위해 현재 상용화 되어 있는 기술들에 비해, 보다 뇌 손상을 최소화하고 높은 해상도 및 정밀 제어가 가능하다는 점에서 치료 및 기초 연구 분야에 크게 활용될 가능성이 큼.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 13
• 2-1. 연구수행내용 및 성과 ... 13
• 2-2. 대표적 성과 ... 37
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 38
• 3-1. 목표 ... 38
• 3-2. 목표 달성여부 ... 40
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 43
• 붙임. 참고문헌 ... 45
• 끝페이지 ... 45