유리 재흘림 공정을 이용한 유리 광도파로 기반 하이브리드 자극형 뉴럴 프로브

국문 초록 (Abstract)

신경공학 분야에서 신경계 내부에서 뉴런들의 활동과 연결성 확인하기 위 해서는 세포 단위 또는 그보다 작은 수준에서의 인터페이스가 필요하다. 뇌- 컴퓨터 인터페이스(BCI) 등에서 세포 수준에서 고시간, 고공간 분해능 신호 획득이 필수적이다. 기존의 비침습 방식은 뇌 전체 영역이나 넓은 영역의 신 호를 판단한다. 따라서 세포 네트위크 수준의 미세한 활동을 측정하기에는 한계가 존재한다. 앞선 문제를 해결하기 위해 미세 전극 배열이 개발 되었고 고밀도로 신경신호를 기록할 수 있게 되었다. 또한 단순한 전기 프로브만으 로는 뇌 회로의 원인-효과를 규명하거나, 외부 자극에 대한 신경 반응 및 네 트워크 변화와 같은 인과관계를 연구하기에 부족한 부분이 존재하여 광유전 학 방법을 활용하여 빛으로 뉴런을 제어하고 동시에 신호를 기록할 수 있는 방법으로 연구가 진행되고 있다. 이러한 미세 전극 배열을 이용한 광유전학 연구에서는 광을 전달하는 매개로 광도파로를 사용하거나 LED를 프로브에 자작에여 광 자극을 전달한다. 최근까지 진행 되어진 연구들에서는 광도파로 를 주로 폴리머 계열의 물질로 구성하거나 광섬유를 직접 삽입하는 구조로 연구가 진행되고 있다. 이러한 폴리머 계열의 광도파로는 실리콘 웨이퍼와 열팽창 계수 와 내구성 및 광전달 효율 문제를 동반하는 단점을 가지고 있 다. LED를 직접 프로브 끝단에 설계하여 제작하는 방식도 비용의 문제와 열 안정성 문제를 동반한다. 본 연구에서는 유리 재흘림 공정을 사용하여 유리 광 도파로를 제작하여 기존 폴리머 광도파로가 가지는 단점을 극복하며 동 시에 전기적 자극과 광학적 자극의 이점을 동시에 가지는 하이브리드 플랫 폼을 제안한다. 시간 해상도가 뛰어난 전기적 자극과 공간 해상도가 뛰어난 광학적 자극을 동시에 결합함으로써 세포의 손상이 없는 빛의 세기에서 효 율적으로 뉴럴 자극 및 측정이 되도록 고안했다. 해당 플랫폼은 Printed Circuit Board와 결합된다. 삽입강도 측정으로 뇌 모사 실험을 통해 기계적 강성을 실험하였으며, 전기화학 측정으로 제작된 뉴럴 프로브의 전극에 대한 전기 화학적 특성을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 현황 2
• 2.1 광 유전학 미시건 뉴럴 프로브 연구 현황 2
• 2.2 상용화된 뉴럴 프로브 소자 3
• 3. 연구 목적 4
• Ⅱ. 유리 재흘림 공정을 이용한 유리 광도파로 기반
• 하이브리드 자극형 뉴럴 프로브의 설계 5
• 1. 기존의 폴리머 광도파로 제작 방법 5
• 2. 유리 광도파로 제작 설계 6
• 3. 뉴럴 프로브 구조 설계 8
• 4. 광출력 위치 및 전극 배치 설계 9
• 5. Printed Circuit Board(PCB) 설계 11
• Ⅲ. 유리 재흘림 공정을 이용한 유리 광도파로 기반
• 하이브리드 자극형 뉴럴 포로브의 제작 12
• 1. 제작 공정 과정 12
• Ⅳ. 유리 재흘림 공정을 이용한 유리 광도파로 기반
• 하이브리드 자극형 뉴럴 프로브 특성 평가 44
• 1. 삽입 강도 측정 44
• 2. Electrochemical Impedance Spectroscopy 분석 46
• 3. Cyclic voltammetry 분석 48
• 4. Charge storage capacity 분석 50
• Ⅴ. 결론 51
• 참고문헌 53
• Abstract 56