Transcript 2. 연구 내용 및 범위

나노조
나노바이오전공
201001520 정재원
201101523 박희서
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1. 작품유형
논문
2. 작품제목
Optogenetics, Graphene neural electrode array for electrophysiology
3. 제작자
201001520
201101523
정재원
박희서
010-2693-7041
010-5773-2780
양성구(나노바이오)
/유종근
양성구(나노바이오)
/유종근
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목차
1. 연구배경
2. 연구내용 및 범위
3. 연구 방법 및 추진 일정
4. 참고 문헌
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1. 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.
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1. 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.
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2. 연구 내용 및 범위
Optogenetics (광유전학 기술)
• 빛으로 신경세포를 선택적으로 자극하거나 억제시켜 정신적, 육체적
이상 현상을 치료하는 목적으로 활용할 수 있는 기술.
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2. 연구 내용 및 범위
• 서로 다른 파장의 빛을 이용하면 여
러 신경세포의 활동을 동시에 조정
할 수 있음.
• Channelrhodopshin (ChR2)가 대
표적으로 비선택적 cation channel
이며, 470nm의 파란색 빛에 의해
탈분극이 되어 신호전달을 촉진함.
• Halorhodopsin (NpHR)은 589nm
의 빛에 의해 작동하는 chloride
pump로서 신경세포의 과분극을 유
도하여 신호전달을 억제함.
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2. 연구 내용 및 범위
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2. 연구 내용 및 범위
• Transparent penetrating
electrode
• Transparent 𝜇ECoG
• Opaque 𝜇ECoG
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2. 연구 내용 및 범위
Microelectrode array
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2. 연구 내용 및 범위
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2. 연구 내용 및 범위
• Microelectrode array가 가지는 한계점
 생체 기하학적 적합성을 만족해야 함.
 빛이 그대로 투과해 들어가기 어렵기 때문에 반드시 외과적 수술을 필
요함.
 정밀한 신경세포 연결망이 파악이 되어야 함.
 주변 신경세포의 파괴를 야기할 수 있음.
• 위의 한계점을 극복하고자 𝜇ECoG의 기술이 개발 됨.
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2. 연구 내용 및 범위
𝝁ECoG (Microelectrocorticography)
• Microelectrode array가 뇌 안쪽으
로 삽입하여 관찰하는 방법이라면,
𝜇ECoG는 뇌의 피질에 설치하여 관
찰하는 방법.
• 초기의 𝜇ECoG는 금속 전극의 이
용으로 Opaque한 특성을 보임.
• Transparent 𝜇ECoG로 인해 기존
의 문제점을 다소 보완.
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2. 연구 내용 및 범위
Graphene-based 𝝁ECoG
• UV에서 IR 파장의 빛에 대해 90% 이
상의 투명성을 보임.
• Electrical and Thermal Conductivty와 Flexibility, Biocompativity가 뛰
어남.
• Artefect가 줄어듬.
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2. 연구 내용 및 범위
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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
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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 진행
예정.
• 추후 다시 수정할 예정.
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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
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3. 연구방법 및 추진일정
1~2주 3~4주 5~6주 7~8주
계
획
서
프로젝트 선정 ,연구 배경 조사
9~10 11~12 13~14
주
주
주
비고
(회의 일정)
모임:학교 도서관
연구 내용 및 범위 선정
면담지도
중
간
발
표
자료조사
자료 정리, ppt작성
최종
발표
최종 검토, 발표 준비
논문 작성
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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
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