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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2014-11-03
- 조회4,080
Nat. Commun., Published 20 October 2014, 5. Article number: 5258. 2014 | doi:10.1038/ncomms6258
Graphene-based carbon-layered electrode array technology for neural imaging and optogenetic applications
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
최근 미국 오바마 행정부의 인간두뇌 연구계획 (BRAIN, Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) 및 유럽연합 (EU) 의 인간 뇌와 그래핀 연구에 대한 사상 최대 연구비를 투자로 인해 두뇌 관련 연구에 대한 관심이 매우 높습니다. 본 연구 또한 그 일환으로써, 그래핀 (graphene) 이라는 신소재를 이용하여 implant 가능한 두뇌 센서를 개발하고, 투명한 그래핀의 특성을 이용하여 다양한 이미징 및 광유전학(optogenetics)에 접목한 연구입니다.
개발된 센서는 쥐에 두뇌에 implant 한 후 baseline local field potential (LFP), chronic impedance 측정 등을 통해 센서로서의 기능에 대한 검증을 하였습니다. 본 그래핀 바이오 센서는 대뇌피질 (cerebral cortex) 표면에 주입하는 Electrocorticography (ECoG) 디바이스로서 기존의 불투명한 메탈 전극과 달리 자외선(UV), 가시광선, 적외선(IR)에 걸친 넓은 스펙트럼에 걸친 투명도를 보여줍니다. 이와 같은 우수한 광학적 특성을 이용하여 형광 현미경법(fluorescence microscopy), 광단층촬영법(optical coherence tomography)으로 영상화 하는데 성공하였습니다. 기존의 금속 전극과 달리 실시간으로 혈류의 흐름 등을 관찰하는 동시에 local field potential 을 측정할 수 있는 장점이 있습니다. 또한 광유전학(Optogenetics)과 접목하여 특정한 파장(wavelength)의 빛으로 뇌 세포를 자극하고 이로 인해 발생한 뇌 신호를 검출하는데 성공하였습니다. 그래핀(graphene)은 투명도 이 외에도 전기적 전도(electrical conductance) 특성, 유연성(flexibility), 생체 적합성(bio-compatibility) 이 뛰어나 향후 신경학, 생체의학 등에서 다양하게 이용될 것으로 기대됩니다. 또한 알츠하이머, 파킨슨 병 등의 퇴행성 뇌 질환 및 epilepsy 치료법 발전에도 응용될 수 있을 것입니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
미국 위스콘신 주에 위치한 University of Wisconsin-Madison 입니다. Engineering school 과 Natural science 간의 공동 연구가 활발히 이뤄지는 장점이 있으며, 본 연구 또한 제가 속한 전기컴퓨터공학과 (Electrical and Computer Engineering)와 의공학과 (Biomedical Engineering)와의 공동연구에 의한 결과물입니다. 최신 나노 테크놀로지와 바이오 테크놀로지를 다양하게 접하고 연구할 수 있는 기회가 많다고 할 수 있겠습니다. 위스콘신 대학이 위치한 메디슨 (Madison)은 살기 좋은 중소도시로서 위스콘신 주의 주도(capitol) 인 동시에 대학 도시이기도 합니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
공학을 전공하는 연구원으로써 의학, 의공학 등을 전공하시는 분들께 새로운 재료와 디바이스를 소개해 드리고, 개발된 디바이스, 센서 등을 통해 알츠하이머, Parkinson's, epilepsy 와 같은 질환을 치료하는데 도움 될 수 있다는데 보람을 느낍니다. 의학의 발전이 공학, 이학의 발전과 긴밀히 연관되어 있다고 생각하며 제가 하는 연구들이 그 사이를 연결해 주는 중간 역할을 할 수 있을 것이라 생각합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
제가 있는 곳의 특징 중 하나는 공동 연구가 매우 활발하게 이뤄지고 이러한 분위기에서 새로운 것들이 발견되고 개발되는 경우가 많다는 것입니다. 자신의 specialty 를 하나, 둘 가진 이후에는 다른 분야와 접목하여 새로운 시도를 해보는 것이 도움이 될 것 같습니다. 연구든 취미 생활이든 다양한 경험들을 쌓는 것이 언젠가는 도움이 되는 것 같습니다. 당연한 이야기겠지만 적극적인 자세가 연구에 있어서 매우 중요한 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
그래핀 두뇌 센서의 signal quality 를 높이고, 다양한 기능들을 추가하는 실험을 할 예정입니다. 또한 neuroscientist 분들과의 협업을 통해 두뇌 이외의 다른 생체신호를 검출하는 시도를 할 계획입니다. 특히 optogenetics 분야는 연구 주제가 다양하고 발전 가능성이 많은 분야라 생각하므로 그래핀 센서를 통한 실험을 계속할 예정입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
좋은 연구를 할 수 있는 기반을 만들어 주신 교수님 및 연구실 선후배 분들께 감사 드립니다. 무엇보다 물심양면으로 지원해 주시는 가족들께 깊은 감사 드립니다.
최근 미국 오바마 행정부의 인간두뇌 연구계획 (BRAIN, Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) 및 유럽연합 (EU) 의 인간 뇌와 그래핀 연구에 대한 사상 최대 연구비를 투자로 인해 두뇌 관련 연구에 대한 관심이 매우 높습니다. 본 연구 또한 그 일환으로써, 그래핀 (graphene) 이라는 신소재를 이용하여 implant 가능한 두뇌 센서를 개발하고, 투명한 그래핀의 특성을 이용하여 다양한 이미징 및 광유전학(optogenetics)에 접목한 연구입니다.
개발된 센서는 쥐에 두뇌에 implant 한 후 baseline local field potential (LFP), chronic impedance 측정 등을 통해 센서로서의 기능에 대한 검증을 하였습니다. 본 그래핀 바이오 센서는 대뇌피질 (cerebral cortex) 표면에 주입하는 Electrocorticography (ECoG) 디바이스로서 기존의 불투명한 메탈 전극과 달리 자외선(UV), 가시광선, 적외선(IR)에 걸친 넓은 스펙트럼에 걸친 투명도를 보여줍니다. 이와 같은 우수한 광학적 특성을 이용하여 형광 현미경법(fluorescence microscopy), 광단층촬영법(optical coherence tomography)으로 영상화 하는데 성공하였습니다. 기존의 금속 전극과 달리 실시간으로 혈류의 흐름 등을 관찰하는 동시에 local field potential 을 측정할 수 있는 장점이 있습니다. 또한 광유전학(Optogenetics)과 접목하여 특정한 파장(wavelength)의 빛으로 뇌 세포를 자극하고 이로 인해 발생한 뇌 신호를 검출하는데 성공하였습니다. 그래핀(graphene)은 투명도 이 외에도 전기적 전도(electrical conductance) 특성, 유연성(flexibility), 생체 적합성(bio-compatibility) 이 뛰어나 향후 신경학, 생체의학 등에서 다양하게 이용될 것으로 기대됩니다. 또한 알츠하이머, 파킨슨 병 등의 퇴행성 뇌 질환 및 epilepsy 치료법 발전에도 응용될 수 있을 것입니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
미국 위스콘신 주에 위치한 University of Wisconsin-Madison 입니다. Engineering school 과 Natural science 간의 공동 연구가 활발히 이뤄지는 장점이 있으며, 본 연구 또한 제가 속한 전기컴퓨터공학과 (Electrical and Computer Engineering)와 의공학과 (Biomedical Engineering)와의 공동연구에 의한 결과물입니다. 최신 나노 테크놀로지와 바이오 테크놀로지를 다양하게 접하고 연구할 수 있는 기회가 많다고 할 수 있겠습니다. 위스콘신 대학이 위치한 메디슨 (Madison)은 살기 좋은 중소도시로서 위스콘신 주의 주도(capitol) 인 동시에 대학 도시이기도 합니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
공학을 전공하는 연구원으로써 의학, 의공학 등을 전공하시는 분들께 새로운 재료와 디바이스를 소개해 드리고, 개발된 디바이스, 센서 등을 통해 알츠하이머, Parkinson's, epilepsy 와 같은 질환을 치료하는데 도움 될 수 있다는데 보람을 느낍니다. 의학의 발전이 공학, 이학의 발전과 긴밀히 연관되어 있다고 생각하며 제가 하는 연구들이 그 사이를 연결해 주는 중간 역할을 할 수 있을 것이라 생각합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
제가 있는 곳의 특징 중 하나는 공동 연구가 매우 활발하게 이뤄지고 이러한 분위기에서 새로운 것들이 발견되고 개발되는 경우가 많다는 것입니다. 자신의 specialty 를 하나, 둘 가진 이후에는 다른 분야와 접목하여 새로운 시도를 해보는 것이 도움이 될 것 같습니다. 연구든 취미 생활이든 다양한 경험들을 쌓는 것이 언젠가는 도움이 되는 것 같습니다. 당연한 이야기겠지만 적극적인 자세가 연구에 있어서 매우 중요한 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
그래핀 두뇌 센서의 signal quality 를 높이고, 다양한 기능들을 추가하는 실험을 할 예정입니다. 또한 neuroscientist 분들과의 협업을 통해 두뇌 이외의 다른 생체신호를 검출하는 시도를 할 계획입니다. 특히 optogenetics 분야는 연구 주제가 다양하고 발전 가능성이 많은 분야라 생각하므로 그래핀 센서를 통한 실험을 계속할 예정입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
좋은 연구를 할 수 있는 기반을 만들어 주신 교수님 및 연구실 선후배 분들께 감사 드립니다. 무엇보다 물심양면으로 지원해 주시는 가족들께 깊은 감사 드립니다.
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