초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 광-전자 하이브리드 신경인터페이스와 나노소재를 융합한 신경세포칩 플랫폼 기술을 이용하여 신경네트웍의 정보를 세포단위 수준에서 대단위로 수집 및 분석하는 광-전자 기반 신경네트웍 분석기술을 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위하여 빛을 이용하여 열을 발생하는 금속나노입자의 플라즈모닉 공명현상을 이용하여 나노-신경세포 인터페이싱, 광자극 및 측정, 신경세포패터닝기술을 연구하고, 이를 2차원 및 3차원 신경네트웍 모델에 적용하여 광기반 네트웍 기능조절기술, 뇌모사 신경회로 설계기술, 네트웍 복합정보처리기술

□ 연구개요
본 연구에서는 광-전자 하이브리드 신경인터페이스와 나노소재를 융합한 신경세포칩 플랫폼 기술을 이용하여 신경네트웍의 정보를 세포단위 수준에서 대단위로 수집 및 분석하는 광-전자 기반 신경네트웍 분석기술을 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위하여 빛을 이용하여 열을 발생하는 금속나노입자의 플라즈모닉 공명현상을 이용하여 나노-신경세포 인터페이싱, 광자극 및 측정, 신경세포패터닝기술을 연구하고, 이를 2차원 및 3차원 신경네트웍 모델에 적용하여 광기반 네트웍 기능조절기술, 뇌모사 신경회로 설계기술, 네트웍 복합정보처리기술을 연구하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 나노물질/구조체 제작 기술 확립: 광열자극칩의 효율을 증가시키니 위한 칩제조공정을 개발하였고, 금나노막대 표면고정화 기술을 개발하여 열플라즈모닉스 기능을 갖는 3차원 신경인터페이스 구조체를 연구하였다.
- 광-전기 계측 시스템 구축: 광기반 신경신호 측정시스템을 구축하고, 플라즈모닉스 기반 광신호 효율을 개선하였으며, 전도성고분자 미세전극으로 신경세포 인터페이스 성능을 개선하였다.
- 신경세포 배양기술 확립: 2차원 및 3차원 신경네트웍칩 배양 기술을 확립하여 다양한 광열자극 체외배양 모델을 개발하였다.
- 신경네트웍 광자극 기술 연구: 열플라즈모닉스 기반 국소 광열자극용 광섬유 플랫폼 기술을 개발하였으며,동기화된 네트웍의 국속 억제 자극에 따른 네트웍 반응을 측정/분석하였고, 광열자극 열전달 수치해석 모델을 개발하였다.
- 신경네트웍 광-전자 신호처리 기술 확립: 전기적 신경신호를 기반으로 신경세포 발화율을 조절할 수 있는 실시간 광열 피드백 시스템을 개발하였으며, 다중 신경신호의 통계적 분석 기법을 연구하여 네트웍 분석에 활용하였다.
- 신경네트웍 패터닝 기술 구현: 광열패터닝기술을 이용하여 네트웍의 구조적 연결을 제어하기 위한 신경세포 축삭돌기 성장 유도 기술을 연구하였고, 대면적 미세전극칩에 적용하기 위한 대면적 신경네트웍 패터닝 기술을 개발하였다.
- 2차원 패턴형 신경네트웍칩 맵핑: 열플라즈모닉 신경세포칩 플랫폼 기술을 활용하여 신경네트웍 모델의 구조 연결도와 기능과의 상관관계을 분석하였으며, 광열자극을 이용한 네트웍 간 기능성 연결도 분석 기술 개발하였다.
- 3차원 신경네트웍칩 기능조절: 3차원 신경네트웍 모델을 미세전극칩 상에 구현하는 기술을 개발하였으며, 다중신경신호로 전기생리학적 기능을 검증하고, 광열자극을 이용한 네트웍 기능 억제 및 조절 가능성을 확인하였다.
- 네트웍 모델 데이터베이스 구축: 다양한 종류의 2차원 네트웍 모델 제작기술을 재현하여, 네트웍 발달 다중신경신호 데이터를 확보하였으며, 기존 무작위네트웍 모델과 패턴형 모듈형 네트웍 간의 연결도 특성을 발달 단계별로 분석하였다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 개인 환자 맞춤형 뇌질환 체외진단칩 개발
- 오가노이드칩 분석용 플랫폼 기술 개발
- 신경과학 네트웍 연구용 툴 개발
- 광-전자 기반 뇌-신경인터페이스 시스템 원천 기술
- 뇌모사 생물학적 인공지능 시스템 원천 기술
- 뇌신경 빅데이터 분석 기술

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석(해당 시) ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 27
• 끝페이지 ... 42