광유전학이 접목된 뇌심부 광자극을 위한 청색의 μ-LED가 내재된 유연한 신경탐침 개발
Fabrication of flexible neural probe embedded blue micro-Light Emitting Diode (μ-LED) for deep brain stimulation in Optogenetics
- Subject μ-LEDs , 유연한 , 폴리이미드 , 신경탐침 , Laser Lift-Off , 일괄공정 , 광유전학 , Flexible , Polyimide , Neural probe , Batch-process , Optogenetics
- Publisher 서강대학교 일반대학원
- Adviser 박정열
- Issued 2016
- Awarded 2016. 8
- Thesis degree 석사
- Major 일반대학원 융합의생명공학과
- URI entity http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000060026
- Language 한국어
- Rights 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
Abstract
최근 전기자극 대신 광유전학 분야를 접목하여 병변에 빛에 반응하는 단백질(ChR2등)을 분화시킨 후 광자극으로 세포를 자극하여 치료하는 연구가 활발히 진행 되고 있다. 빛에 반응하는 단백질이 발현된 뇌심부를 Optic fiber, Laser diode등 같이 여러 가지 광자극 툴을 이용하여 자극하고 있지만, 위와 같은 툴들은 Wireless 자극 시스템을 구현 할 수 없거나 크기가 큰 단점을 가지고 있어 개별적인 세포단위를 자극 할 수 없으므로 최종적으로 적용하기 힘든 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 단일세포단위를 자극가능하며 Wireless 시스템 구현이 가능한 μ-LED를 탑재한 광자극 탐침이 개발되고 있다. 그러나 최근 발표된 LED probe는 개별적 발광자극이 불가능하고, LED사이즈가 크므로 선택적으로 세포단위의 신경 자극이 불가능 한 단점이 있고, LED probe제작 측면 시 wafer transfer 및 wafer bonding기법을 이용하여 manual 적으로 제작하기 때문에 제작적인 측면에서 어려운 면이 있다. 따라서, 본 연구에서는 Brain 삽입 시 damage를 최소화하기 위해 flexible한 polymer를 기반으로 하는 μ-LED probe를 제작하였고 probe shank 폭이 작으며(60um, 90um, 120um), 각각 3개의 μ-LED가 개별적으로 컨트롤이 가능한 LED 신경탐침을 제작하였다. 또한 Pick-and-place의 manual한 공정 없이 일괄공정으로 제작하였고 Laser Lift-Off (LLO)공정을 최적화하여 제작과정에서 보다 쉬운 LED제작을 제안하였다. 제작된 LED probe는 구조적인 특성으로 유연성을 확인 하였고 기본적인 전기적 특성과 광학적 특성을 확인하여 Optogenetic DBS에 적용하기에 충분한 것을 검증하였다.
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Recently, the researches using optical stimulations to treat neural disease have been on the rise in the place of the researches using traditional electrical stimulation. These researches apply optogenetics, where the photoreactive proteins such as Channelrhodopsin-2(ChR2) are expressed in the neural cells and the optical stimulation is used to activate or suppress these cells. The optic fiber, laser diode and other technologies has been used to stimulate the optogenetic neural cells within the deep brain tissues for the treatment of the neural diseases. However with the aforementioned technologies, a wireless stimulation system cannot be realized and the desired small group of cells cannot be selectively stimulated due to the large size restriction of the technologies. Due to these limitations, the previous technologies cannot be easily applied clinically for the treatment of neural diseases. To overcome these limitations, optic stimulation tool using micro-Light Emitting Diodes (μ-LEDs) that can stimulate at cellular level has been developed. Recent studies regarding the micro LED Neural Probe have limitations in the size preventing selective stimulation at the cellular level, and the ability to individually activate LEDs in the array along the probe. Additionally, theses Neural Probes require manual fabrication methods such as wafer transfer and wafer bonding that results in difficult manufacturing process. Therefore, we have developed a LED neural probe that minimizes the brain damage during insertion by using flexible polyimide as substrate. Our LED neural probe consists of shank with narrow widths (60μm, 90μm, 120μm), and individually controllable three micro LEDs. Additionally, we suggest fabrication process using Laser Lift-Off (LLO) that does not involve pick-and-place method, which allows for easier batch-process of the devices. The flexibility, electrical characteristics, and the optical characteristic of the fabricated LED neural probe has been verified to be sufficiently applicable for optogenetic deep brain stimulation treatment
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