Micromachined piezoelectric transducer array with high spatial resolution for brain stimulation through ultrasonic neuromodulation
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 윤광석
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000055300
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
This thesis presents a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) array for localized stimulation of cultured cells with a high spatial resolution. To achieve high acoustic power within restricted membrane size, a bulk piezoelectric material (PIC 151, PI, Germany) with high piezoelectric charge coefficient is used instead of thin film piezoelectric materials. A resonant frequency of 780 kHz, which is the effective frequency rage to stimulate cells, is obtained by using a 500-µm-wide and 55-µm-thick silicon membrane. I demonstrate an in-vitro ultrasound stimulation of cells by using the fabricated pMUT arrays and verified the stimulation using the fluorescence imaging of calcium influx into the cells. I observe an increase in Ca2+ level of HEK293T cells by more than 15 percent under ultrasound stimulation, which confirms that TRPA1 channels in HEK293T cells are activated by the mechanical stress due to the ultrasound.
more초록/요약
본 논문에서는 미세가공 기술을 통하여 높은 공간해상도로 배양된 세포의 국부자극을 위한 압전식 미세기계 초음파 트랜스듀서 소자를 제안한다. 작은 멤브레인 크기를 가지면서 높은 음향 파워를 얻기 위해 박막 재료보다 높은 압전 전하 계수(d31)를 갖는 벌크 압전 재료 (PIC 151, PI, 독일)를 사용하였다. 제안된 소자의 실리콘 멤브레인 크기는 500 µm의 지름과55 µm의 두께를 가지며 효과적으로 세포 자극을 할 수 있는 주파수 범위 안에 포함되는780 kHz의 공진주파를 갖는다. 본 논문에서는 제작된 압전식 미세기계 초음파 트랜스듀서 어레이를 이용하여 기계수용채널로 알려져 있는 TRPA1 채널이 과발현된 HEK293T세포에 생체 외 초음파 자극 하였다. 자극의 영향을 확인하기 위해서 칼슘 형광 이미징 방법을 사용하여 15 % 이상의 세포에서 세포 내 칼슘이온농도 증가를 보여 초음파에 의한 기계적 응력을 통해 TRPA1 채널이 활성화 된 것을 확인하였다.
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