LCP 기반의 뇌피질용 플렉시블 다채널 평판형 미세 전극

Abstract

본 연구에서는 뇌피질에서의 신경 신호 기록을 위한 LCP(Liquid Crystal Polymer) 기반의 플렉시블(flexible) 다채널 평판형 미세 전극을 제작하였다. LCP는 두 종류의 단위체가 양방향으로 결합함으로써, 유연성(flexibility)과 강성(rigidity)을 필요에 따라 조절 가능한 폴리머 물질이다. 특히 신경 전극의 필수적인 요소인 생체호환성(biocompatibility)과 낮은 흡습성(low moisture absorption rate)을 가지면서, 동시에 유연성을 갖기 때문에 뇌피질에 최대한 적합하게(conformable) 붙이는 것이 가능하다. 또한, 반도체 미세 공정이 가능하기 때문에 다채널 미세 전극 제작에 용이한 물질이다. 본 논문에서는 이와 같이 다양한 장점을 갖는 LCP를 기반으로 한 다채널 평판형 미세 전극의 제작 과정, COMSOL 시뮬레이션 결과, 전기 화학적 임피던스(electrochemical impedance) 측정 결과, 동물 실험 결과를 기술하였다. 공정 과정은 반도체 미세 공정인 E-gun evaporation 공정, 사진 공정(photolithography), 식각 공정(etch) 등을 포함한다. 제작된 전극은 8개의 자루(shank)가 손가락 형태로 구성되어 있으며, 각각의 자루는 직경 160 ㎛인 8개의 전극 사이트를 갖는다. 이와 같은 다채널 전극을 제작하기 위해서는 미세 라인 형성이 필수적인데, 이를 위해 사진 공정에서의 현상 시간(develop time) 조절을 통해 미세 라인 형성에 관한 연구를 수행하였다. 또한, 전극 사이트의 전기적인 특성을 검증하기 위해 임피던스 측정을 수행하였으며, 그 결과 20.75 ± 6.88 ㏀ 의 평균 임피던스 크기를 확인하였다. 추가로 COMSOL 시뮬레이션을 이용하여 전극 사이트 깊이에 따라 유도되는 사이트 포텐셜(potential)을 비교하였다. 제작된 전극은 수염 부분 자극에 따른 쥐의 체성 감각 영역(somatosensory region, S1)에서의 지역장 전위(local field potential, LFP) 기록을 통해 전극으로서의 효용성을 검증하였다.