Neurons are the basic building blocks of the brain and they are connected to each other to form an electrical circuit that enables the brain to operate. Consequently, understanding the electrophysiological behavior of neurons is a fundamental approach to study brain function. Studies to understand the activity of neurons have been carried out continuously. The conventional approach is an observation of signal changes in neuronal cells through chemical or electrical stimulation. And optogenetic methods are possible to regulate neural activity through genetic modification and transformation. Recently, a method is developed and drawing attention to the researchers. The method is possible to exciting or inhibiting signals of neuronal cells through optical stimulation using nanomaterials. This dissertation deals with the improved techniques of plasmonic nanoparticle-mediated photothermal stimulation of neural activity through new nanomaterials. The new star-shaped nanoparticles improve the efficiency of inhibiting of neural activity through photothermal stimulation and improve the convenience and versatility by treating the surface of the microelectrode array chip with an optimized thickness of gold nanofilms. And measured and quantified neural signals using microelectrode array chips and reported the results of the study on the photothermal effect of various nanomaterials and consequently the regulation of in vitro cultured neuron signal.
신경세포는 뇌를 구성하는 기본 요소이며 서로 연결되어 전기적인 회로를 형성함으로써 뇌의 작동을 가능하게 한다. 따라서 신경세포의 전기생리학적인 작용을 이해하는 것은 뇌의 기능을 연구하는 기본적인 접근방법이라고 할 수 있다. 신경세포의 활성을 이해하려는 연구는 지속적으로 이루어지고 있으며, 전통적인 접근법인 화학적, 전기적 자극을 통하여 신경세포의 신호 변화를 관찰하는 방법과 유전자 변형 및 도입을 통하여 신경세포 활성을 조절하는 광유전학적인 방법이 있다. 또한 적외선을 이용하여 직접적으로 자극하는 방법도 연구되고 있다. 최근 나노물질을 이용하여 광자극을 통하여 신경세포의 신호를 여기 또는 억제하는 방법 소개되었다. 본 학위논문에서는, 기존의 플라즈모닉 나노입자를 매개체로 이용한 광열자극을 통한 신경세포의 활성을 억제하는 기술을 개선하였다. 새로운 나노 입자를 통하여 광열자극을 통한 신경세포의 활성 억제의 효율성을 개선하였고, 미세전극칩의 표면을 최적화된 두께의 금나노 박막으로 처리하여 편의성 및 범용성 측면을 개선하였다. 미세전극칩을 이용하여 신경세포 신호를 측정하고 정량하여 다양한 나노물질을 통한 광열효과와 그에 따른 체외 배양 신경세포 신호 조절에 대한 연구와 그 결과를 보고하고자 한다.
