Cutting edge biomedical tools employ flexible optoelectronic devices combined with optogenetic mouse models providing high spatiotemporal modulation of specific brain activity. However, most applications were limited to activation of only one functional region using blue-light drivable channelrhodopsin. This thesis illustrates AlGaInP vertical light-emitting diodes (VLEDs) on flexible substrate for excitation of mouse motor cortex. Cell-sized chips effectively compress the conductive balls dispersed in anisotropic conductive film (ACF) resulting red-light emission with high optical power density. Selective operation of pulsed red-light from cell-sized flexible VLEDs (cf-VLEDs) induce mouse body movements and synchronized electromyogram (EMG) signals. Expression of chrimson, red-shifted channelrhodopsin, enables red-light excitation of detailed functional area of motor cortex. In addition, flexible electrocorticography (ECoG) electrode and its new insertion method beneath the skull facilitate large area neural signal analysis of mouse cortex in freely moving mice.
유연 광전자 소자를 통해 광유전학에 적용할 수 있는 최신의 생체 의료 소자들은 작은 동물인 쥐에서의 신경신호 자극을 높은 시공간해상도로 가능하게 하였다. 기존에 개발된 기술들은 주로 파란색 파장대를 사용하는 채널로돕신을 이용한 뇌의 특정 한 영역을 자극하는데 집중이 되어왔다. 본 학위논문에서는 AlGaInP 수직형 발광다이오드(VLED)를 유연기판에 구현하여 쥐의 운동피질을 자극할 수 있는 새로운 생체 의료 소자를 제시한다. 이방도전성필름(ACF)를 이용하여 세포 크기의 VLED를 유연전극위에 구현하였고(cf-VLED), 높은 광출력밀도를 보여주었다. cf-VLED를 이용하면 chrimson 채널단백질이 발현된 쥐 뇌의 운동피질을 자극하여 특정한 움직임을 만들어 낼 수 있다. 또한, 본 학위논문에서는 피질뇌파도 (ECoG)를 분석할 수 있는 유연전극과 이를 두개 밑에 삽입하는 새로운 방식에 대하여서도 다룬다. 이를 통하여 쥐 뇌 피질의 넓은 영역을 쥐가 자유롭게 움직이는 상태에서 분석이 가능하다.
