KR101150422B1

KR101150422B1 - 반사면을 구비한 광자극 탐침

Info

Publication number: KR101150422B1
Application number: KR1020100104376A
Authority: KR
Inventors: 김진석; 윤의성; 신현준; 서준교
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-06-01
Also published as: US8886278B2; KR20120043199A; US20120101356A1

Abstract

본 발명에 따른 광자극 탐침은, 피실험체에 삽입되는 탐침 몸체와, 상기 탐침 몸체에 형성되어 상기 피실험체로부터의 반응 신호를 수집하는 전극과, 상기 탐침 몸체에 부착되며, 광 신호를 조사하는 광 조사체 및 상기 광 신호의 진행 경로 상에 위치하도록 상기 몸체에 형성되는 반사면을 포함하고, 상기 반사면은 상기 광 조사체로부터 조사되는 상기 광 신호를 반사해 상기 광 신호가 상기 전극이 배향된 방향으로 진행되도록 광 신호의 진로를 변경시킨다.

Description

반사면을 구비한 광자극 탐침{Optical Stimulus Probe with Reflecting Surface}

본 발명은 광자극 탐침에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피실험체에 광자극을 가하고, 그에 따른 반응 신호를 수집하기 위한 반사면을 구비한 광자극 탐침에 관한 것이다.

최근에 피실험체의 뇌신경을 자극한 뒤 이에 따른 신호를 감지하고 분석함으로써 뇌질환을 치료하고 뇌의 동작을 규명하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

피실험체의 뇌신경을 직접 자극하고 그 정보를 수집하기 위해 피실험체에 삽입이 가능한 신경 탐침이 이용되고 있다. 또한, 뇌신경 자극에 따른 정보를 가급적 많이 탐지하기 위해 전극 어레이가 집적된 초소형 신경 탐침이 개발되었다.

종래의 신경 탐침들의 경우에는 뇌신경에 자극을 가하기 위해 탐침 몸체에 집적된 전극을 이용해 뇌신경에 전기적인 자극을 가하는 것이 일반적이다. 뇌신경에 전기적인 자극을 가하게 되면 뇌신경에 손상을 줄 수 있을 뿐 아니라, 뇌를 구성하고 있는 물질이 전기적으로 도체인 이유로 원하는 부위에 국부적인 자극을 가할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 최근에는 뇌신경에 빛을 이용한 광 자극을 주어 그 반응 신호를 수집하는 광자극 탐침(1)이 소개되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광자극 탐침(1)의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 광 자극 탐침(1)은 실리콘 탐침 몸체(2)에 광섬유(3)를 부착거나, 광 전달이 가능한 광도파로를 탐침 몸체(2)에 부착9하여 쥐와 같은 피실험체에 삽입한다.

탐침 몸체(2)에는 반응 신호를 수집하기 위한 전극(4)과, 상기 전극(4)과 전기적으로 연결되는 전기 도선(5)이 집적된다.

외부 광원(미도시)로부터 발생한 광 신호(6)는 광섬유(3)를 통해 조사되어 특정 신경(7)을 자극하고, 자극된 신경(7)으로부터 나온 반응 신호(8)는 전극(4)에 의해 수집되어 신경 활동을 분석하는데 이용된다.

상기와 같은 종래 기술에 따르면, 조사되는 광 신호(6)의 경로와 전극(4)이 서로 수직 방향으로 정렬되어 있어, 광 신호(6)에 의한 자극 부위(7)와 전극(4)의 거리가 비교적 멀다.

뇌신경 신호는 그 크기가 미세하고 주변의 노이즈에 쉽게 증폭 및 소멸될 가능성이 높다. 전극과 자극 부위의 거리가 가까울수록 양질의 신호가 전극에 수집된다는 사실이 알려져 있으므로, 광 자극되는 부위와 자극된 부위의 반응 신호를 수집하는 전극의 거리를 가능한 가깝게 할 필요가 있는 것이다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광 자극을 가하기 위한 광 신호가 반응 신호를 수집하는 전극의 배향 방향으로 진행하도록 하여, 광 신호에 의해 자극되는 부위와 전극의 거리를 최소화해 양질의 반응 신호 정보를 획득할 수 있는 광 자극 탐침을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광자극 탐침은, 피실험체에 삽입되는 탐침 몸체와, 상기 탐침 몸체에 형성되어 상기 피실험체로부터의 반응 신호를 수집하는 전극과, 상기 탐침 몸체에 부착되며, 광 신호를 조사하는 광 조사체 및 상기 광 신호의 진행 경로 상에 위치하도록 상기 몸체에 형성되는 반사면을 포함하고, 상기 반사면은 상기 광 조사체로부터 조사되는 상기 광 신호를 반사해 상기 광 신호가 상기 전극이 배향된 방향으로 진행되도록 광 신호의 진로를 변경시킨다.

또한, 상기 전극은 상기 탐침 몸체의 측면부에 형성되어 상기 탐침 몸체의 길이방향과 수직한 방향으로 배향되도록 배치되고, 상기 반사면에 의해 반사된 상기 광 신호는 상기 탐침 몸체의 길이방향과 수직한 방향으로 진행하여, 상기 전극의 배향 방향과, 반사된 상기 광 신호의 진행 방향이 서로 평행하도록 할 수도 있다.

또한, 상기 탐침 몸체에는 상기 탐침 몸체의 길이 방향을 따라 안착홈이 형성되어 있고, 상기 광 조사체는 상기 안착홈에 안착되며, 상기 안착홈에는 상기 광 신호가 출력되어 나오는 상기 광 조사체의 단부와 마주하는 경사면이 구비되고, 상기 반사면은 상기 경사면에 의해 형성될 수도 있다.

또한, 상기 탐침 몸체는 실리콘으로 형성되고, 상기 안착홈은 습식 식각에 의해 형성될 수도 있다.

또한, 상기 탐침 몸체는 [1, 0, 0] 격자 구조를 가지는 실리콘 웨이퍼로부터 형성될 수도 있다.

또한, 상기 광 조사체는, 외부의 광원으로부터 발생한 광 신호를 전달하는 광섬유 또는 광도파로일 수도 있다.

본 발명에 따른 광자극 탐침에 따르면, 광 자극되는 부위와 반응 신호를 수집하는 전극의 거리가 최소화되어, 전극의 신호 획득의 민감도가 크게 증가하게 되므로, 더 정확한 반응 신호 정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광자극 탐침의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광자극 탐침의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광자극 탐침(10)의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 광자극 탐침(10)은 탐침 몸체(100), 상기 탐침 몸체(100)에 부착되는 광 조사체(110) 및 상기 탐침 몸체(100)에 집적되는 전극(120)을 포함한다.

탐침 몸체(100)는 쥐와 같은 피실험체의 몸 속으로 삽입되는 부분으로, 그 전단부는 피실험체의 몸 속에 용이하게 삽입될 수 있도록 날카롭게 형성되어 있다.

탐침 몸체(100)의 전단부 상면에는 전극(120)이 배치된다. 전극(120)은 광자극된 부위로부터 반응 신호를 수집한다.

탐침 몸체(100)에는 전기 도선(130)이 집적되어 있다. 전기 도선(130)은 전극(120)과 전기적으로 연결되어, 전극(120)에 수집되는 신호 정보를 외부로 전달한다.

본 실시예에 따르면, 빛을 조사하기 위한 광 조사체로서 광섬유(110)가 이용된다. 광섬유(110)는 외부 광원(미도시)로부터 발생한 빛 즉, 광 자극 신호(103)를 조사한다.

본 실시예에서는 광 조사체로서 광섬유(110)가 이용되고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광 전달이 가능한 광 전달물질로 이루어진 광도파로가 빛을 조사하기 위한 광 조사체로 이용될 수도 있다.

탐침 몸체(100)의 상면에는 탐침 몸체(100)의 길이방향으로 안착홈(101)이 형성되어 있으며, 안착홈(101)은 전극(120)에 최대로 인접하도록 연장 형성된다. 안착홈(101)에는 광섬유(110)가 안착된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안착홈(101)은 그 단부에 경사면(102)을 구비한다. 안착홈(10)에 광섬유(110)가 안착되는 경우, 경사면(102)은 광 신호(103)가 출력되어 나오는 광섬유(110)의 단부와 마주하게 되고, 광섬유(110)로부터 조사되어 나오는 광 신호(103)의 진행 경로 상에 위치하게 된다.

본 실시예에 따른 탐침 몸체(100)는 [1, 0, 0] 격자 구조를 가지는 실리콘 웨이퍼로부터 형성되며, 안착홈(101)은 습식 식각을 이용해 형성된다.

[1, 0, 0] 격자 구조를 가지는 실리콘 웨이퍼는 습식 식각을 이용해 식각하는 경우, 54. 74도라는 특정 각도를 이루며 식각되는 특징이 있으며, 그 식각면은 빛을 반사할 수 있다.

실리콘 습식 식각 공정은 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 간단한 공정이기 때문에, 습식 식각 공정에 의해 형성된 경사면(102)은 광 신호를 반사할 수 있는 반사면으로 이용되기에 적합하다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 경사면(102)이 광 신호(103)를 반사하기 위한 반사면으로 이용된다.

외부 광원로부터 발생한 광 신호(103)는 광섬유(110)를 통해 반사면(102)을 향해 조사된다. 조사된 광 신호(103)는 경사면 즉, 반사면(102)에 부딪혀 반사되고 그 경로가 변경되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 반사된 광 신호(103)는 전극(102)의 배향 방향으로 진행한다.

상술한 바와 같이, 반사면(102)은 54. 74도라는 특정 각도로 식각되어 있으므로, 반사면(102)에 의해 반사된 광 신호(103)는 탐침 몸체(100)의 길이방향과 수직한 방향으로 진행하게 되고, 그 진행 방향은 전극(120)의 배향 방향과 평행하게 된다.

반사된 광 신호(103)는 전극(120)이 배향된 방향 쪽에 위치하는 신경(104)을 자극한다. 본 실시예에 따른 광자극 탐침(10)에 의하면, 반사면(102)은 전극(120)과 최대로 근접하여 배치되고, 반사된 광 신호(103)는 전극(120)의 배향 방향으로 평행하게 진행하므로, 광 신호(103)에 의해 전극(120)과 가장 인접한 신경(104)이 자극된다.

자극된 신경(104)으로부터 나오는 반응 신호(105)는 전극(120)에 의해 수집된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수집되는 반응 신호(105)의 방향은 반사된 광 신호(103)의 진행방향과 실질적으로 일치한다.

상술한 바와 같이, 반사된 광 신호(103)는 전극(120)의 배향 방향과 평행한 방향으로 진행하여 전극(120)과 가장 인접한 신경(104)을 자극하므로, 광 신호(103)에 의해 자극되는 부위와 전극(120)의 거리는 최소가 된다.

다시 말해서, 광 신호(103)에 의해 자극된 부위에서 나오는 반응 신호(105)가 전극(120)까지 이동하는 거리가 최소가 된다는 것이다. 따라서, 신경의 반응 신호가 주변의 노이즈에 의해 증폭되거나 소멸될 가능성이 감소하게 되며, 전극(120)의 신호 감도가 크게 증가한다.

본 실시예에 따르면, 탐침 몸체(100)에 안착홈(101)을 형성하고 광섬유(110)가 그 내부에 안착되는 구성을 가지므로, 광자극 탐침(10)의 전체 크기가 감소하는 효과가 있다. 또한, 안착홈(101)의 일 경사면을 반사면으로 이용하므로, 반사면 형성을 위한 별도 공정이 필요하지 않으며, 장치의 제조 공정 및 구조가 간단하다는 이점이 있다.

다만, 본 발명에 따른 광 신호를 반사하기 위한 반사면은 반드시 안착홈(101)의 경사면을 이용해 형성하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 탐침 몸체(100) 상에 돌출부를 별도로 형성하고, 상기 돌출부의 일면을 빛을 반사할 수 있는 경사면으로 가공하여 본 발명에 반사면으로 이용할 수도 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 이 경우, 광섬유는 경화제 등을 이용해 탐침 몸체 상에 부착될 수 있다. 또한, 광도파로가 광조사체가 이용되는 경우에는 광도파로는 미세공정을 통해 탐침몸체 상에 제작될 수 있다.

10: 광자극 탐침
100: 탐침 몸체
101: 안착홈
102: 반사면
110: 광섬유
120: 전극
130: 전기 도선

Claims

피실험체에 삽입되는 탐침 몸체;
상기 탐침 몸체에 형성되어 상기 피실험체로부터의 반응 신호를 수집하는 전극;
상기 탐침 몸체에 부착되며, 광 신호를 조사하는 광 조사체; 및
상기 광 신호의 진행 경로 상에 위치하도록 상기 탐침 몸체에 형성되는 반사면을 포함하고,
상기 반사면은 상기 광 조사체로부터 조사되는 상기 광 신호를 반사해 상기 광 신호가 상기 전극이 배향된 방향으로 진행되도록 진로를 변경시키는 것을 특징으로 하는 광자극 탐침.
제1항에 있어서,
상기 전극은 상기 탐침 몸체의 측면부에 형성되어 상기 탐침 몸체의 길이방향과 수직한 방향으로 배향되도록 배치되고,
상기 반사면에 의해 반사된 상기 광 신호는 상기 탐침 몸체의 길이방향과 수직한 방향으로 진행하여,
상기 전극의 배향 방향과, 반사된 상기 광 신호의 진행 방향이 서로 평행한 것을 특징으로 하는 광자극 탐침.
제2항에 있어서,
상기 탐침 몸체에는 상기 탐침 몸체의 길이 방향을 따라 안착홈이 형성되어 있고,
상기 광 조사체는 상기 안착홈에 안착되며,
상기 안착홈에는 상기 광 신호가 출력되어 나오는 상기 광 조사체의 단부와 마주하는 경사면이 구비되고,
상기 반사면은 상기 경사면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광자극 탐침.
제3항에 있어서,
상기 탐침 몸체는 실리콘으로 형성되고,
상기 안착홈은 습식 식각에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광자극 탐침.
제4항에 있어서,
상기 탐침 몸체는 [1, 0, 0] 격자 구조를 가지는 실리콘 웨이퍼로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 광자극 탐침.
제3항에 있어서,
상기 광 조사체는, 외부의 광원으로부터 발생한 광 신호를 전달하는 광섬유 또는 광도파로인 것을 특징으로 하는 광자극 탐침.