In order to investigate the mechanisms of brain disorders such as depression and Alzheimer’s disease and develop treatments for brain disorders, it is important to reveal the brain circuits. To identify the brain, researchers have measured electrophysiological signals in the brain by inserting an electrode into the brain. Recently, some researchers tried to integrate light-using techniques such as the optogenetics to control the activity of neurons by light and phototherapy to treat some diseases by light with brain signal measurement. However, when illuminating light on a typical metal electrode, it is difficult not only to transmit light due to its low transmittance, but also to measure accurate brain signals due to photoelectric artifact, which is occurred by Becquerel effect. Herein, a novel transparent microelectrode array based on the Au nano-network s tructure was proposed and developed. The nano-network based electrodes showed smaller photoelectric artifact attenuation effect over 10 times compared to the Au film electrode and enable to measure the accurate ECoG signals upon low powered optical stimulation. However, due to the difficulty to fabricate transparent electrodes which show low electrochemical impedances and high transmittance of 90% or more, the proposed electrodes cannot attenuate the photoelectric artifact completely.
우울증이나 알츠하이머와 같은 뇌 질환의 원리를 밝히고 치료법을 개발하기 위해서는 뇌 회로를 규명하는 것이 중요하다. 이를 위해 전극을 실험 동물의 뇌 내에 삽입하고 이를 통해 뇌에서 발생하는 전기생리학적 신호의 변화를 측정하는 실험들이 진행되어 왔다. 또한 이와 함께 신경 세포의 활동성 조절을 위한 광유전학이나 특정 파장의 빛을 조사하여 질병을 치료하는 광치료와 같이 빛을 활용하는 기술들을 뇌 신호 측정 기술에 접목시키려는 연구가 진행되고 있다. 하지만 일반적인 금속 전극에 빛을 조사할 경우 낮은 투과도로 인해 빛의 전달이 어렵고, 빛과 반응하여 포토일렉트릭 아티팩트라는 노이즈 신호가 발생해 측정된 신호를 왜곡시킴으로써 정확한 뇌 신호 측정을 방해한다. 본 학위 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 금 나노네트워크 전극 기반의 투명 뇌피질전도 측정 소자를 제안 및 개발하였다. 제작된 전극은 금 박막 전극과 비교했을 때 10배 이상 포토일렉트릭 아티팩트 감쇄효과가 있음을 확인하였고, 낮은 세기의 광자극시에도 원활한 뇌 신호 측정을 가능하게 하였다. 하지만 공정의 한계로 낮은 전기화학 임피던스와 함께 90% 이상의 높은 투과도를 가지는 미세 전극을 제작할 수 없어 포토일렉트릭 아티팩트를 완전히 제거하지 못한 한계가 있다.
