초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

- 기존 상용 칩 1/8크기의 초소형 칩으로 신경전달물질 분석 - 약물주입, 뇌척수액 추출, 뇌신호 측정을 동시에...치료제 개발에 기여할 것으로 기대 뇌에 존재하는 여러 종류의 신경전달물질은 신경세포들간의 신호전달 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 정상보다 높거나 낮으면 다양한 뇌질환을 유발하며, 이를 치료하기 위해 신경전달물질을 투여하기도 한다. 따라서 뇌질환의 원인규명이나 치료과정에서는 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요하다. 그동안 뇌 속 신경전달물질의 농도를 측정하기 위해서는 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 이는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어려웠다. 또한 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없어서 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 조일주 단장 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하는데에는 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 1/8배 작은 크기로 삽입과정에서 뇌조직의 손상을 최소화하고, 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석을 가능하게 했다. 또한 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다. 연구팀은 개발된 다기능 브레인 칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입하여 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 또한 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해, 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 그 결과 개발된 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다. KIST 조일주 단장은 “새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것이다. 우리가 개발한 시스템이 다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용되어 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업과 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Bimodal neural probe for highly co-localized chemical and electrical monitoring of neural activities in vivo - (제1 저자) 한국과학기술연구원 채의규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 개발된 브레인 칩의 전자현미경 사진 [그림 2] 유체 및 전기인터페이스가 패키징된 브레인 칩 [그림 3] 생쥐 뇌에서 신경 활동을 자극하는 약물 주입으로 인한 뇌 신호 및 신경전달물질들의 변화를 관찰

- 기존 상용 칩 1/8크기의 초소형 칩으로 신경전달물질 분석 - 약물주입, 뇌척수액 추출, 뇌신호 측정을 동시에...치료제 개발에 기여할 것으로 기대 뇌에 존재하는 여러 종류의 신경전달물질은 신경세포들간의 신호전달 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 정상보다 높거나 낮으면 다양한 뇌질환을 유발하며, 이를 치료하기 위해 신경전달물질을 투여하기도 한다. 따라서 뇌질환의 원인규명이나 치료과정에서는 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요하다. 그동안 뇌 속 신경전달물질의 농도를 측정하기 위해서는 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 이는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어려웠다. 또한 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없어서 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 조일주 단장 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하는데에는 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 1/8배 작은 크기로 삽입과정에서 뇌조직의 손상을 최소화하고, 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석을 가능하게 했다. 또한 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다. 연구팀은 개발된 다기능 브레인 칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입하여 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 또한 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해, 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 그 결과 개발된 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다. KIST 조일주 단장은 “새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것이다. 우리가 개발한 시스템이 다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용되어 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업과 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Bimodal neural probe for highly co-localized chemical and electrical monitoring of neural activities in vivo - (제1 저자) 한국과학기술연구원 채의규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 개발된 브레인 칩의 전자현미경 사진 [그림 2] 유체 및 전기인터페이스가 패키징된 브레인 칩 [그림 3] 생쥐 뇌에서 신경 활동을 자극하는 약물 주입으로 인한 뇌 신호 및 신경전달물질들의 변화를 관찰

- 기존 상용 칩 1/8크기의 초소형 칩으로 신경전달물질 분석 - 약물주입, 뇌척수액 추출, 뇌신호 측정을 동시에...치료제 개발에 기여할 것으로 기대 뇌에 존재하는 여러 종류의 신경전달물질은 신경세포들간의 신호전달 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 정상보다 높거나 낮으면 다양한 뇌질환을 유발하며, 이를 치료하기 위해 신경전달물질을 투여하기도 한다. 따라서 뇌질환의 원인규명이나 치료과정에서는 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요하다. 그동안 뇌 속 신경전달물질의 농도를 측정하기 위해서는 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 이는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어려웠다. 또한 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없어서 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 조일주 단장 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하는데에는 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 1/8배 작은 크기로 삽입과정에서 뇌조직의 손상을 최소화하고, 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석을 가능하게 했다. 또한 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다. 연구팀은 개발된 다기능 브레인 칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입하여 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 또한 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해, 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 그 결과 개발된 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다. KIST 조일주 단장은 “새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것이다. 우리가 개발한 시스템이 다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용되어 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업과 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Bimodal neural probe for highly co-localized chemical and electrical monitoring of neural activities in vivo - (제1 저자) 한국과학기술연구원 채의규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 개발된 브레인 칩의 전자현미경 사진 [그림 2] 유체 및 전기인터페이스가 패키징된 브레인 칩 [그림 3] 생쥐 뇌에서 신경 활동을 자극하는 약물 주입으로 인한 뇌 신호 및 신경전달물질들의 변화를 관찰

- 기존 상용 칩 1/8크기의 초소형 칩으로 신경전달물질 분석 - 약물주입, 뇌척수액 추출, 뇌신호 측정을 동시에...치료제 개발에 기여할 것으로 기대 뇌에 존재하는 여러 종류의 신경전달물질은 신경세포들간의 신호전달 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 정상보다 높거나 낮으면 다양한 뇌질환을 유발하며, 이를 치료하기 위해 신경전달물질을 투여하기도 한다. 따라서 뇌질환의 원인규명이나 치료과정에서는 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요하다. 그동안 뇌 속 신경전달물질의 농도를 측정하기 위해서는 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 이는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어려웠다. 또한 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없어서 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 조일주 단장 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하는데에는 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 1/8배 작은 크기로 삽입과정에서 뇌조직의 손상을 최소화하고, 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석을 가능하게 했다. 또한 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다. 연구팀은 개발된 다기능 브레인 칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입하여 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 또한 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해, 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 그 결과 개발된 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다. KIST 조일주 단장은 “새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것이다. 우리가 개발한 시스템이 다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용되어 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업과 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Bimodal neural probe for highly co-localized chemical and electrical monitoring of neural activities in vivo - (제1 저자) 한국과학기술연구원 채의규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 개발된 브레인 칩의 전자현미경 사진 [그림 2] 유체 및 전기인터페이스가 패키징된 브레인 칩 [그림 3] 생쥐 뇌에서 신경 활동을 자극하는 약물 주입으로 인한 뇌 신호 및 신경전달물질들의 변화를 관찰

- 기존 상용 칩 1/8크기의 초소형 칩으로 신경전달물질 분석 - 약물주입, 뇌척수액 추출, 뇌신호 측정을 동시에...치료제 개발에 기여할 것으로 기대 뇌에 존재하는 여러 종류의 신경전달물질은 신경세포들간의 신호전달 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 정상보다 높거나 낮으면 다양한 뇌질환을 유발하며, 이를 치료하기 위해 신경전달물질을 투여하기도 한다. 따라서 뇌질환의 원인규명이나 치료과정에서는 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요하다. 그동안 뇌 속 신경전달물질의 농도를 측정하기 위해서는 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 이는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어려웠다. 또한 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없어서 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 조일주 단장 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하는데에는 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 1/8배 작은 크기로 삽입과정에서 뇌조직의 손상을 최소화하고, 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석을 가능하게 했다. 또한 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다. 연구팀은 개발된 다기능 브레인 칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입하여 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 또한 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해, 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 그 결과 개발된 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다. KIST 조일주 단장은 “새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것이다. 우리가 개발한 시스템이 다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용되어 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업과 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Bimodal neural probe for highly co-localized chemical and electrical monitoring of neural activities in vivo - (제1 저자) 한국과학기술연구원 채의규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 개발된 브레인 칩의 전자현미경 사진 [그림 2] 유체 및 전기인터페이스가 패키징된 브레인 칩 [그림 3] 생쥐 뇌에서 신경 활동을 자극하는 약물 주입으로 인한 뇌 신호 및 신경전달물질들의 변화를 관찰

- 기존 상용 칩 1/8크기의 초소형 칩으로 신경전달물질 분석 - 약물주입, 뇌척수액 추출, 뇌신호 측정을 동시에...치료제 개발에 기여할 것으로 기대 뇌에 존재하는 여러 종류의 신경전달물질은 신경세포들간의 신호전달 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 정상보다 높거나 낮으면 다양한 뇌질환을 유발하며, 이를 치료하기 위해 신경전달물질을 투여하기도 한다. 따라서 뇌질환의 원인규명이나 치료과정에서는 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요하다. 그동안 뇌 속 신경전달물질의 농도를 측정하기 위해서는 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 이는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어려웠다. 또한 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없어서 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 조일주 단장 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하는데에는 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 1/8배 작은 크기로 삽입과정에서 뇌조직의 손상을 최소화하고, 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석을 가능하게 했다. 또한 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다. 연구팀은 개발된 다기능 브레인 칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입하여 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 또한 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해, 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 그 결과 개발된 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다. KIST 조일주 단장은 “새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것이다. 우리가 개발한 시스템이 다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용되어 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업과 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Bimodal neural probe for highly co-localized chemical and electrical monitoring of neural activities in vivo - (제1 저자) 한국과학기술연구원 채의규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 개발된 브레인 칩의 전자현미경 사진 [그림 2] 유체 및 전기인터페이스가 패키징된 브레인 칩 [그림 3] 생쥐 뇌에서 신경 활동을 자극하는 약물 주입으로 인한 뇌 신호 및 신경전달물질들의 변화를 관찰

- 기존 상용 칩 1/8크기의 초소형 칩으로 신경전달물질 분석 - 약물주입, 뇌척수액 추출, 뇌신호 측정을 동시에...치료제 개발에 기여할 것으로 기대 뇌에 존재하는 여러 종류의 신경전달물질은 신경세포들간의 신호전달 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 정상보다 높거나 낮으면 다양한 뇌질환을 유발하며, 이를 치료하기 위해 신경전달물질을 투여하기도 한다. 따라서 뇌질환의 원인규명이나 치료과정에서는 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요하다. 그동안 뇌 속 신경전달물질의 농도를 측정하기 위해서는 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 이는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어려웠다. 또한 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없어서 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 조일주 단장 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하는데에는 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 1/8배 작은 크기로 삽입과정에서 뇌조직의 손상을 최소화하고, 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석을 가능하게 했다. 또한 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다. 연구팀은 개발된 다기능 브레인 칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입하여 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 또한 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해, 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 그 결과 개발된 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다. KIST 조일주 단장은 “새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것이다. 우리가 개발한 시스템이 다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용되어 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업과 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Bimodal neural probe for highly co-localized chemical and electrical monitoring of neural activities in vivo - (제1 저자) 한국과학기술연구원 채의규 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조일주 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 개발된 브레인 칩의 전자현미경 사진 [그림 2] 유체 및 전기인터페이스가 패키징된 브레인 칩 [그림 3] 생쥐 뇌에서 신경 활동을 자극하는 약물 주입으로 인한 뇌 신호 및 신경전달물질들의 변화를 관찰