증가된 기계적 강도 및 양방향 신호 검출이 가능한 3차원 폴리이미드 기반 뉴럴 프로브 개발
Development of 3-Dimensional Polyimide-based Neural Probe with Improved Mechanical Stiffness and Double-side Recording Sites
- 주제(키워드) neural probe , 폴리이미드 , 양방향 신호 검출
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 이기근
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문은 생체 적합성 및 유연성이 우수한 폴리이미드를 기반으로 하여 뇌의 신경 신호를 양방향 검출할 수 있는 장기간 안정한 3D(Dimensional) 뉴럴 임플란트 프로브의 제작과 시험에 관한 것이다. 기존에 연구되고 있는 실리콘 기반의 프로브는 미세한 전극제작의 용이, 충분한 강도, 정확한 위치 삽입 등의 장점이 있지만, 장기간에 걸친 실험에서 쥐의 미세한 움직임으로 인한 지속적인 충격으로 전극주위의 신경세포나 조직의 손상을 야기 시키는 문제점을 가지고 있다. 이와 같이 실리콘 기반의 딱딱한 프로브는 생체 삽입 시 생체에서 발생하는 미세 움직임과 반응하여 세포에게 반복적인 손상 등을 가하게 됨으로써 결과적으로 만성적 상처를 입히게 된다. 이러한 이유로, 생체 내에 삽입될 마이크로 디바이스의 유연함을 향상시킬 수 있는 방안에 대해 개선할 필요성을 느끼게 되었다. COMSOL 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적화된 뉴럴 프로브를 설계한다. 프로브의 구성은 3개의 생크(shank)로 이루어져 있으며 각각의 생크 끝단에는 3개의 기록 위치들이 앞면과 뒷면 양방향으로 위치하도록 설계함으로써 주어진 공간에서 뉴런 신호의 기록 확률을 최대화한다. 순수한 폴리이미드 프로브는 너무 유연해서 세포를 뚫을 수 없다. 따라서 프로브의 강도를 증가시키기 위해 프로브 생크 가장자리에 ∼3㎛ 두께의 니켈을 도금함으로써 프로브의 삽입 강도를 증가시켰다. 프로브는 매우 작으며 작은 체적으로 이루어져 있어 조직 내 삽입 시 다루기가 매우 어렵다. 이를 위해 SU-8 지지판과 실리콘 튜브(silicone tube)를 이용하여 삽입이 용이하도록 3차원 구조물을 제작하여 완성한다.
more초록/요약
COMSOL computer simulation was performed to extractoptimaldesign parametersofpolyimide-basedneuralprobe.Severaldifferentstructuresand materialswerechosen forthedesign parameters.Among allthesimulated device structures,the neuralprobe with selective nickelstiffness layer around the shank edges between two polyimide layers showed the best deviceperformance. A flexiblebutimplantablepolyimide-basedneuralimplantwasfabricated forreliableandstablelong-term monitoring ofneuralactivitiesfrom brain. The developed neuralimplantprovides 3-dimensional(3D)3×3 structure, avoids any hand handling,and makes the insertion more efficient and reliable.Any film curvaturecaused by residualstresswasnotobservedin the electrode.The 3D flexible polyimide electrode penetrated a dense gel whosestiffnessisclosetolivebrain tissue,becausea∼1μm thick nickel was electroplated along the edge ofthe shank in order to improve the stiffness.Therecording siteswerepositioned atboth sideoftheshank to increasetheprobabilityofrecording neuralsignalsfrom atargetvolumeof tissue.Impedanceremained stableover72hoursbecauseofextremely low moisture uptake in the polyimide dielectric layers.Atelectricalrecording test in vitro, the fabricated electrode showed excellent recording performance,suggesting that this electrode has the potential for great recordingfrom neuronfiringandlong-term implantperformance.
more목차
제1장 서론 = 1
제2장 시뮬레이션 = 4
2.1 시뮬레이션 결과 = 7
제3장 제작 = 12
제4장 결과 = 15
4.1 제작된 소자 = 15
4.2 기계적 실험 결과 = 18
4.3 전기적 실험 결과 = 20
4.4 신호기록 실험 결과 = 22
제5장 결론 = 24
참고문헌 = 25
Abstract = 27
