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성과명눈 뜬 브레인칩, 전기신호와 광학신호 동시에 측정

A Multimodal Multi-Shank Fluorescence Neural Probe for Cell-Type-Specific Electrophysiology in Multiple Regions across a Neural Circuit(Advanced science (IF: 16.806, 2020년 기준))

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지원사업
뇌과학원천기술개발 사업 및 미래뇌융합기술개발사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
한국과학기술연구원
연구자
조일주, 추남선
발표일
2021-11-19
조회수
113

눈 뜬 브레인칩, 전기신호와 광학신호 동시에 측정


-두꺼운 광섬유 대신 카메라 단위소자를 머리카락 두께 브레인칩에 집적-


-신경활성 측정과 동시에 뇌 영역별, 신경세포 종류별 시각화-



개요

조일주 박사 연구팀(한국과학기술연구원)이 신경활성을 측정하는 브레인칩에 카메라의 단위소자인 포토다이오드를 고밀도로 집적, 세포 특이적인 형광신호를 전기신호와 함께 측정할 수 있는 머리카락 두께 크기의 브레인칩을 제작했다고 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 뇌과학원천기술개발 사업 및 미래뇌융합기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 11월 19일 게재되었다.


연구 내용

기존의 뇌신호(전기신호) 측정용 브레인칩에 형광신호 측정을 위한 이미지 센서를 집적하여, 형광신호와 전기신호 동시 측정이 가능한 브레인 칩을 개발하였고 이미지 센서는 카메라에 사용되는 센서로서 빛을 감지할 수 있다. 뇌신호 측정을 위한 전극이 집적된 브레인칩에 이미지 센서를 집적한 형광신호 및 전기신호 동시 측정용 초소형 브레인 칩을 개발하였다. 브레인 칩은 MEMS(미세전자전기시스템, Micro ElectroMechanical System) 및 반도체 기술을 이용하여 머리카락 두께 크기의 탐침에 포토 다이오드와 신경 전극을 고밀도로 집적하였고, 고밀도로 집적된 전극과 이미지 센서로 인해 신경 세포의 위치나 활동 시간을 정밀하게 식별할 수 있다. 브레인칩은 어레이 구조로 제작되어 있어 신경회로의 여러 부위에서 형광신호를 측정하여, 세포 종류별 신경 활동의 이미징이 가능하며 이와 함께 신경 활동을 정밀하고 빠르게 측정하기 위해서, 포토다이오드와 함께 집적된 신경 전극에서 전기적인 신경 신호를 동시에 측정하였다. 제작된 시스템은 광자극 기능도 집적되어 있어서, 뇌의 여러 부위에서 특정 종류 세포의 활성도만을 선택적으로 측정할 수 있음을 생쥐를 이용한 동물실험을 통하여 보여주었다.


기대 효과

제작된 브레인칩이 신경세포 종류별 역할을 규명하는데 기여함으로써 특정 질환에 관여하는 뇌회로와 특정 세포를 자극하는 전략을 위한 기초자료가 될 것으로 기대된다.


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