초록 ▼

연구개요
빛을 이용한 신경회로 자극은 원하는 부분을 선택하여 흥분 또는 억제 할 수 있다는 점에서 광유전학 방법은 신경공학 연구분야 내에 유용하게 활용된다. 그러나 여러 신경들을 지도화하는 다중점 감지는 가능한 반면 빛의 시공간적 패턴 분포를 전달할 수 있는 다목적 장치의 개발은 아직 부족하다. 그래서 우리는 전도성과 투명성을 함께 가지고 있는 ZnO를 이용하여 투명전극을 개발하고 마이크로 LED 어레이와 광도파관을 이용한 무선형 빛 전달 방법을 결합한 마이크로 광전극 시스템을 구축하였다. 이 장치는 다채널 빛 자극 기능과 정

연구개요
빛을 이용한 신경회로 자극은 원하는 부분을 선택하여 흥분 또는 억제 할 수 있다는 점에서 광유전학 방법은 신경공학 연구분야 내에 유용하게 활용된다. 그러나 여러 신경들을 지도화하는 다중점 감지는 가능한 반면 빛의 시공간적 패턴 분포를 전달할 수 있는 다목적 장치의 개발은 아직 부족하다. 그래서 우리는 전도성과 투명성을 함께 가지고 있는 ZnO를 이용하여 투명전극을 개발하고 마이크로 LED 어레이와 광도파관을 이용한 무선형 빛 전달 방법을 결합한 마이크로 광전극 시스템을 구축하였다. 이 장치는 다채널 빛 자극 기능과 정밀한 공간해상도를 이용한 리코딩 기능을 동시에 수행할 수 있다. 이 장치를 유전변형 된 쥐에 적용하면 표적 자극이 행동에 어떤 역할을 미치는지에 대해 조사할 수 있을 것이다. 이는 시공간적 신경활동 패턴과 행동의 역학관계를 이해하고 피질의 기능별 맵핑이 가능하게 할 것이며, 뇌공학 분야에서 광자극과 신경회로의 관계에 대한 이해를 더욱 넓혀줄 것이다.

연구 목표대비 연구결과
이번 연구를 통해 ZnO 광전극과 결합 가능한 유연한 광 도파관 및 micro LED를 제작 하였다. 광 전극의 경우 400 um 간격으로 1 mm 길이를 가지고 있으며 4 X 4 채널을 가지고 있다. 광전극의 임피던스는 2kHz에서 약 100 kΩ 임피던스 측정이 되었으며 100 uV 진폭에서 신호가 측정 됨을 확인하였다. 유연한 광 도파관의 물질로는 PDMS 와 Polyturethane(PU)을 이용하였으며 PU 의 경우 473 nm 파장대에서 약 90 % 의 투과도를 가졌다. 제작된 micro LED 의 경우 발광 면적 50 um X 50 um 를 가지고 있으며 Turn-on voltage 값은 2.8 V 로 측정 되었으며 3.5 V 에서 14 uW 파워가 측정 되었다. 또한 더 나아가 IR을 이용한 파워 전송 및 자극을 위해 IR 광전극(PV)을 제작 하였다. 제작 된 PV 와 micro LED를 결합하였고 결합 된 소자를 이용하여 In vitro 실험을 통해 자극의 유무를 확인 하였다.

연구개발결과의 중요성
이 연구에서 개발되는 기술은 광유전학이 더 나아갈 수 있는 중요한 통로를 열 수 있을 것이라 생각한다. 특히 생체적합하고 영구적 삽입이 가능한 광 전극의 디자인과 광 전극을 제각하기 위한 미세공정 방법들은 기존의 광학자극 시스템의 효율을 충분히 넘을 수 있을 것이다. 다중채널의 빛 자극과 전기적 리코딩을 위한 기술들은 기초 및 응용 연구에 흥미로운 전망을 제공해줄 것이다. 시공간적으로 특정 뉴런 분포를 정밀하게 분석하여 역학 관계를 맵핑하거나 피드백 제어 자극에 의한 신경 암호를 해석할 수 있다면 이 기술은 전기적 마이크로 리코딩과 빛 자극을 전달할 수 있는 광학적 특성을 지닌 다목적 바이오 장치로 발전할 수 있을 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• 가. ZnO 기판 특성 평가 ... 3
• 나. ITO sputtering 평가 결과 ... 3
• 다. ZnO MOA TEST ... 4
• 라. 유연한 광도파관 제작 방법 ... 5
• 마. Micro LED 제작 및 특성 평가 ... 6
• 바. 무선 에너지 전달을 위한 PV 제작 및 평가 ... 6
• 사. 생체 외 동물 실험 및 생체 적합성 검증 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 8
• 5. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8