[📪정보] 수술이나 임플란트 없이 뇌 활동 모니터링이 가능한 나노 스케일 센서 개발

https://phys.org/news/2021-07-tiny-sensors-brain-surgery-implants.html

작은 주사 가능한 센서는 수술이나 임플란트 없이 뇌 활동을 모니터링할 수 있습니다.

연구원들은 빛을 사용하여 비침습적으로 뇌 활동을 추적하기 위해 신체에 주입할 수 있는 나노 스케일 센서를 개발했습니다. 이 접근법은 언젠가 수술이나 이식 장치 없이도 뇌를 연구하거나 환자의 뇌 기능을 평가할 수 있는 새로운 방법을 제공할 수 있습니다.

캘리포니아 대학교 산타 크루즈의 A. Ali Yanik은 7월 19-23일에 개최된 가상 OSA 이미징 및 응용 광학 회의에서 NeuroSWARM 3 이라는 기술에 대해 보고할 예정 입니다. Yanik의 발표는 화요일로 예정되어 있습니다.

"NeuroSWARM 3 는 생각에 수반되는 신호를 고정밀 뇌-기계 인터페이스를 위해 원격으로 측정 가능한 신호로 변환할 수 있습니다."라고 Yanik은 말했습니다. "신체 장애로 고통받는 사람들이 외부 세계와 효과적으로 상호 작용하고 신체의 한계를 극복하기 위해 웨어러블 외골격 기술을 제어할 수 있게 할 것입니다. 또한 신경 질환의 조기 징후를 포착할 수 있습니다."

이 접근 방식은 크기가 바이러스 입자와 비슷한 시스템-온-나노입자 프로브를 사용하여 뇌의 전기 활동 을 모니터링하는 새로운 방법을 제공합니다 . 뉴런은 전기 신호 를 사용 하여 정보를 서로 전달하므로 이러한 신호는 생각, 기억 및 움직임에 중요합니다. 뇌의 전기적 활동을 추적하는 많은 확립된 방법이 있지만 대부분은 수술이나 이식된 장치가 필요합니다.

연구원들은 새로운 기술을 대규모 다중 측정을 위한 Neurophotonic Solution-dispersible Wireless Activity Reporters, 즉 NeuroSWARM 3 이라고 명명했습니다 .

이 접근 방식은 전기 신호를 광학 신호로 변환하는 공학 전자 플라즈몬 나노 입자 를 뇌에 도입 하여 신체 외부의 광학 검출기로 뇌 활동 을 추적 할 수 있도록 하는 것입니다.

나노입자는 전기변색으로 로딩된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)의 얇은 층과 5나노미터 두께의 금 코팅이 있는 63나노미터 크기의 산화규소 코어로 구성됩니다. 코팅을 통해 혈액뇌장벽을 통과할 수 있기 때문에 혈류에 주입하거나 뇌척수액에 직접 주입할 수 있습니다.

일단 뇌에 들어가면 나노센서는 전기장의 국부적 변화에 매우 민감합니다. 에서는 실험실 검사 , 생체의 시제품 NeuroSWARM에서 3 1000의 신호 대 잡음비 때 단일 뉴런 화재 발생하는 전기 신호를 검출하기에 적합한 감도 레벨을 생성 할 수 있었다.

"우리는 전기생리학적 신호의 광학적(무선) 검출을 위해 전기변색 폴리머(예: PEDOT:PSS)의 사용을 개척했습니다."라고 Yanik은 덧붙였습니다. "외부 필드에 의해 가역적으로 변조될 수 있는 광학 특성을 가진 전기 변색 재료는 일반적으로 스마트 유리/거울 응용 분야에 사용됩니다."

NeuroSWARM 3 는 역으로 작동하는 나노 크기의 전기 변색 부하 플라즈몬 안테나로 생각할 수 있습니다. 알려진 전압을 적용하는 대신 그 광학 특성은 주변에 있는 스파이크 전기 발생 세포에 의해 변조됩니다. 따라서 NeuroSWARM 3 은 무선 전력 공급, 전기 생리학적 신호 감지 및 데이터 방송 기능을 나노 크기로 포장하는 단일 나노 입자 장치에서 원거리 생체 전기 신호 감지 기능을 제공합니다.

NeuroSWARM 3 입자에 의해 생성된 광학 신호는 1,000 ~ 1,700nm 사이의 파장을 가진 근적외선을 사용 하여 뇌 외부에서 감지할 수 있습니다 . 나노 입자는 전원이나 전선 없이도 무기한으로 기능할 수 있습니다.

다른 연구자들은 전기장에 반응하도록 설계된 양자점을 사용하여 유사한 접근 방식을 탐구했습니다 . 연구원들은 두 기술을 비교하여 NeuroSWARM 3 가 4배 더 큰 광 신호를 생성한다는 것을 발견했습니다 . 양자점은 비슷한 신호를 생성하기 위해 10배 더 높은 광도와 100배 더 많은 프로브가 필요했습니다.

"우리는 이 새로운 기술의 시작 단계에 있지만 구축할 수 있는 좋은 기반이 있다고 생각합니다."라고 Yanik이 말했습니다. "다음 목표는 동물 실험을 시작하는 것입니다."

Yanik 외에도 이 연구의 공동 저자에는 UCSC 대학원생 Neil Hardy, Ahsan Habib 및 학부 연구원 Tanya Ivanov가 포함됩니다.

[📪정보] 수술이나 임플란트 없이 뇌 활동 모니터링이 가능한 나노 스케일 센서 개발

댓글 2

다른 게시글