Graphene neural electrode array for electrophysiology, in vivo imaging Optogentics, Graphene neural electrode array for electrophysiology, in vivo imaging 나노조 나노바이오전공 201001520 정재원 201101523 박희서 패딩의 복원력 유지를 위한 고분자소재 이용방안에 대해 발표하겠습니다.

1. 작품유형 논문 2. 작품제목 Optogenetics, Graphene neural electrode array for electrophysiology 3. 제작자 201001520 정재원 010-2693-7041 양성구(나노바이오) /유종근 201101523 박희서 010-5773-2780

목차 1. 연구배경 2. 연구내용 및 범위 3. 연구 방법 및 추진 일정 목차입니다. 4. 참고 문헌

연구 배경 해당분야의 기술 동향 뇌, 신경 분야는 아직 많은 부분이 미개척. 인간의 수명이 늘어 남에 따라 뇌, 신경 질환에 관심이 높아지는 추세. Optogenetics(광유전학) 미래 유망 기술로 주목. 뇌, 신경을 연구하기 위해 neural electrode array는 필수적. Optogenetics(광유전학)= Opto(빛)+Genetics(유전학)의 합성어. : 빛과 유전공학 기술을 활용하여 신경세포의 활동을 조절하는 기술.

연구 배경 필요성 및 동기 뇌, 신경 질환을 치료하는 데 높은 안정성을 확보하는 것이 중요. 현재 시행중인 기술들은 대부분 뇌의 cortico(피질)에 손상을 입히며, 원하는 값을 얻어내는 형식을 취하고 있음. 신소재 물질인 Graphene의 우수한 특성을 이용한 많은 연구들이 활발히 진행 중. 생쥐 뇌에 광섬유를 꽂아 특정 기억을 담당하는 뉴런을 자극해 기억을 조작하는 연구들 진행 중. Graphene-based carbon-layered electrode array (CLEAR) device 이용하여 이러한 단점들을 극복하고, 더 좋은 측정 값을 얻을 수 있음.

2. 연구 내용 및 범위 Optogenetics (광유전학 기술) 2. 연구 내용 및 범위 Optogenetics (광유전학 기술) 빛으로 신경세포를 선택적으로 자극하거나 억제시켜 정신적, 육체적 이상 현상을 치료하는 목적으로 활용할 수 있는 기술.

2. 연구 내용 및 범위 서로 다른 파장의 빛을 이용하면 여러 신경세포의 활동을 동시에 조정 할 수 있음. 2. 연구 내용 및 범위 서로 다른 파장의 빛을 이용하면 여러 신경세포의 활동을 동시에 조정 할 수 있음. Channelrhodopshin (ChR2)가 대표적으로 비선택적 cation channel이며, 470nm의 파란색 빛에 의해 탈분극이 되어 신호전달을 촉진함. Halorhodopsin (NpHR)은 589nm의 빛에 의해 작동하는 chloride pump로서 신경세포의 과분극을 유도하여 신호전달을 억제함.

2. 연구 내용 및 범위 전기적 자극은 전극 근처의 모든 종류의 세포에게 영향을 미침. 2. 연구 내용 및 범위 전기적 자극은 전극 근처의 모든 종류의 세포에게 영향을 미침. 광유전학적 자극은 ChR2를 갖는 오직 특정 신경 세포들에게 영향을 미침.

2. 연구 내용 및 범위 Transparent penetrating electrode Transparent 𝜇ECoG 2. 연구 내용 및 범위 Transparent penetrating electrode Transparent 𝜇ECoG Opaque 𝜇ECoG

2. 연구 내용 및 범위 Microelectrode array Electrophysiological measurement 2. 연구 내용 및 범위 Microelectrode array Electrophysiological measurement Optical measurement Optical stimulation Temperature sensing All bonded to a releasable structural support for injection

2. 연구 내용 및 범위 < Control > < ChR >

2. 연구 내용 및 범위 Microelectrode array가 가지는 한계점 생체 기하학적 적합성을 만족해야 함. 2. 연구 내용 및 범위 Microelectrode array가 가지는 한계점 생체 기하학적 적합성을 만족해야 함. 빛이 그대로 투과해 들어가기 어렵기 때문에 반드시 외과적 수술을 필요함. 정밀한 신경세포 연결망이 파악이 되어야 함. 주변 신경세포의 파괴를 야기할 수 있음. 위의 한계점을 극복하고자 𝜇ECoG의 기술이 개발 됨.

2. 연구 내용 및 범위 𝝁ECoG (Microelectrocorticography) 2. 연구 내용 및 범위 𝝁ECoG (Microelectrocorticography) Microelectrode array가 뇌 안쪽으로 삽입하여 관찰하는 방법이라면, 𝜇ECoG는 뇌의 피질에 설치하여 관찰하는 방법. 초기의 𝜇ECoG는 금속 전극의 이용으로 Opaque한 특성을 보임. Transparent 𝜇ECoG로 인해 기존의 문제점을 다소 보완.

2. 연구 내용 및 범위 Graphene-based 𝝁ECoG UV에서 IR 파장의 빛에 대해 90% 이상의 투명성을 보임. 2. 연구 내용 및 범위 Graphene-based 𝝁ECoG UV에서 IR 파장의 빛에 대해 90% 이상의 투명성을 보임. Electrical and Thermal Conductiv-ty와 Flexibility, Biocompativity가 뛰어남. Artefect가 줄어듬.

2. 연구 내용 및 범위

2. 연구 내용 및 범위 Graphene based carbon layered electrode array의 특성 평가 2. 연구 내용 및 범위 Graphene based carbon layered electrode array의 특성 평가 In-vivo recorded signal 특성 The Transparent CLEAR device를 이용한 Optogenetic 실험 평가 CLEAR device를 통한 Optical coherence tomography, in vivo imaging

2. 연구 내용 및 범위 위의 평가들을 기반으로 하여 Graphene device의 우수함을 확인. 2. 연구 내용 및 범위 위의 평가들을 기반으로 하여 Graphene device의 우수함을 확인. 뇌전증은 생리학적으로 대뇌피질의 전기적 과활성 상태. 이 device가 뇌전증(epilepsy), 즉 간질의 검사에 적합한지에 대한 실험 진행예정. 추후 다시 수정할 예정.

3. 연구방법 및 추진일정 연구 방법 국내외 논문 참고. 역학 분담 정재원 -Device characterization 3. 연구방법 및 추진일정 연구 방법 국내외 논문 참고. 역학 분담 정재원 -Device characterization -In vivo imaging 박희서 -In vivo validation of neural signal -Optogenetic testing

3. 연구방법 및 추진일정 1~2주 3~4주 5~6주 7~8주 9~10주 11~12주 13~14주 비고 (회의 일정) 계획서 3. 연구방법 및 추진일정 1~2주 3~4주 5~6주 7~8주 9~10주 11~12주 13~14주 비고 (회의 일정) 계획서 프로젝트 선정 ,연구 배경 조사 모임:학교 도서관 연구 내용 및 범위 선정 중간발표 면담지도 자료조사 자료 정리, ppt작성 최종 발표 최종 검토, 발표 준비 논문 작성

4. 참고 문헌 Dong-Wook Park(2014), Graphene-based carbon layered electrode array technology for neural imaging and optogenetic application Dong-Wook Park etc, Fabrication and utility of a transparent graphene neural electrode array for electrophysiology, in vivo imaging, and optogenetics. C.K Lee(2003), A study of implant Microelectrode System for Regen erating Nerve Monitoring Brain Pepin(2013), Transparent Micro-electrocorticography Array for optoge netic Mapping of Surface potential Jonghoe Byun(2015), Optogenetics – a New frontier for cell Physiology Study