KR101458000B1 - Neural Probe Array having a waveguide without a separate cladding layer - Google Patents

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KR101458000B1
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이부용
김태형
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Abstract

A neural probe array, for collecting the reaction signal of a nerve by applying an optical stimulus to the nerve of a testee, includes a probe inserted into the testee and an optical waveguide which is attached to the upper end of the probe and guides light through the inner part. The optical waveguide is directly attached to the probe without interposing a cladding layer. Since the reflective index of the probe is smaller than that of the optical waveguide, the total reflection of light entering the optical waveguide is induced by the probe body so that the light is guided to the inner part of the optical waveguide.

Description

별도의 클래딩층이 없는 광도파로를 구비한 신경 탐침 구조체{Neural Probe Array having a waveguide without a separate cladding layer}[0001] The present invention relates to a neural probe structure having an optical waveguide without a separate cladding layer,

본 발명은 신경 탐침 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광도파로를 이용해 신경에 광자극을 가하고 그에 따른 반응을 수집하기 위한 신경 탐침 구조체에서 광도파로의 광도파 효율이 개선된 신경 탐침 구조체에 관한 것이다. The present invention relates to a neuro probe structure, and more particularly, to a neuro probe structure for enhancing a light wave efficiency of an optical waveguide in a neuro probe structure for applying a light stimulus to a nerve using an optical waveguide and collecting a response therefrom .

최근에 피실험체의 신경을 자극한 뒤 이에 따른 신호를 감지하고 분석하여 신경의 동작을 규명하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, studies have been actively carried out to identify the behavior of nerves by sensing and analyzing the signals after stimulating the nerves of the subject.

피실험체의 신경을 직접 자극하고 그 정보를 수집하기 위해 피실험체에 삽입가능한 신경 탐침이 이용되고 있다. 또한, 뇌신경 자극에 따른 정보를 가급적 많이 탐지하기 위해 전극 어레이가 집적된 초소형 신경 탐침이 개발되었다. Neural probes that can be inserted into the subject are used to directly stimulate the nerve of the subject and collect the information. In order to detect as much information as possible from the neural stimulation, a micro-neuron probe with an integrated electrode array was developed.

종래의 신경 탐침들 중 탐침에 집적된 전극을 이용해 신경에 전기적인 자극을 가하는 경우가 있다. 하지만, 신경에 전기적인 자극을 가하게 되면 신경에 손상을 줄 수 있을 뿐 아니라, 신경을 구성하고 있는 물질이 전기적으로 도체인 이유로 원하는 부위에 국부적인 자극을 가할 수 없다는 단점이 있다. Among the conventional neural probes, electrical stimulation is applied to the nerve using electrodes integrated in the probe. However, when electrical stimulation is applied to the nerve, it can not only damage the nerve, but also can not apply a local stimulus to the desired part because the material constituting the nerve is electrically conductive.

따라서, 최근에는 신경에 빛을 이용한 광 자극을 주어 그 반응 신호를 수집하는 방법이 소개되고 있다. Therefore, recently, a method of acquiring a response signal by giving a light stimulus using light to the nerve has been introduced.

종래기술에 일 예에 따르면, 광 자극을 가하는 광 자극 탐침은 실리콘 탐침에 광섬유를 직접 부착해 피실험체에 삽입하는 방법이 있다. 이 경우 자극 부위를 정확히 제어하기 어렵고, 탐침 구조체 전체의 크기가 커진다는 문제점이 있다.According to one example of the prior art, there is a method of inserting an optical fiber directly to a silicon probe and inserting the optical probe into a test subject. In this case, it is difficult to precisely control the stimulation site and the size of the entire probe structure becomes large.

이와 관련하여, 광 전달을 위한 광도파로(waveguide)가 형성된 신경 탐침 구조체가 제안되었다. In this regard, a neuro probe structure having an optical waveguide for optical transmission has been proposed.

광도파로가 결합된 신경 탐침 구조체는 직경이 비교적 큰 광섬유를 탐침에 부착하지 않고, 탐침을 고정하는 몸체에 부착하여 탐침 구조체의 소형화를 이룬다. The neuro probe structure to which the optical waveguide is coupled is attached to the body for fixing the probe, without attaching the optical fiber having a relatively large diameter to the probe, thereby achieving miniaturization of the probe structure.

종래기술에 따르면, 광섬유를 대신하여 탐침에 광섬유로부터 빛을 전달받아 신경에 전달하는 광도파로가 부착된다. 광 도파로와 탐침 사이에는 광도파로 내부를 통과하는 빛이 전반사를 일으키도록 하는 물질로 형성되는 클래딩(cladding)층이 형성된다. According to the prior art, instead of the optical fiber, an optical waveguide for transferring light from the optical fiber to the probe and transferring it to the nerve is attached. A cladding layer is formed between the optical waveguide and the probe so that light passing through the inside of the optical waveguide causes total reflection.

광도파로의 내부의 빛이 전반사를 일으키도록 하는 물질의 두께가 클수록 광도파로의 전반사율이 상승하여 광손실율이 감소한다는 사실이 알려져 있다. It is known that as the thickness of the material causing the light in the optical waveguide to cause total reflection increases, the total reflectance of the optical waveguide rises and the light loss rate decreases.

하지만, 종래기술에 따르면 탐침 위에 소정 두께의 클래딩층을 패터닝하고 클래딩층 위에 광도파 부재를 패터닝하므로, 탐침 구조체 전체의 두께가 증가하게 된다. However, according to the related art, since the cladding layer having a predetermined thickness is patterned on the probe and the optical waveguide member is patterned on the cladding layer, the entire thickness of the probe structure is increased.

반면, 탐침 구조체 전체의 두께 감소를 위해 클래딩층의 두께를 감소시키면, 광손실율이 크게 증가하게 된다. On the other hand, if the thickness of the cladding layer is reduced to reduce the thickness of the entire probe structure, the light loss rate is greatly increased.

미국특허공개 US2013/0079615 A1U.S. Patent Publication No. US2013 / 0079615 A1

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 클래딩층을 생략하여 탐침 구조체 전체 두께를 감소시키면서도 광도파로를 통한 광전달 효율을 증가시킬 수 있는 신경 탐침 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a neuro probe structure capable of increasing light transmission efficiency through an optical waveguide while reducing the overall thickness of the probe structure by omitting the cladding layer.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면에 따른 피실험체의 신경에 광자극을 가하여 상기 신경의 반응 신호를 수집하기 위한 신경 탐침 구조체는, 상기 피실험체 내부에 삽입되는 탐침과, 상기 탐침의 상단에 부착되고 그 내부를 통해 빛이 도파될 수 있는 광도파로를 포함하고, 상기 광도파로는 클래딩층을 개재하지 않고 상기 탐침에 직접 부착되고, 상기 탐침의 굴절율은 상기 광도파로의 굴절율 보다 작아서, 상기 광도파로로 유입된 빛이 상기 탐침 몸체에 의해 전반사를 일으켜 상기 광도파로의 내부를 통해 도파되도록 한다. In order to achieve the above object, a neural probe structure for applying a light stimulus to a nerve of a subject to collect a response signal of the nerve according to an aspect of the present invention includes: a probe inserted into the subject; And the optical waveguide is attached directly to the probe without interposing a cladding layer, and the refractive index of the probe is smaller than the refractive index of the optical waveguide, So that the light introduced into the optical waveguide is totally reflected by the probe body and guided through the inside of the optical waveguide.

일 실시예에 따르면, 상기 탐침과 상기 광도파로는 굴절율이 상이한 서로 다른 재질로 형성된다. According to one embodiment, the probe and the optical waveguide are formed of different materials having different refractive indexes.

다른 실시예에 따르면, 상기 탐침과 상기 광도파로는 굴절율이 상이하게 물성이 조절된 동일 재질로 형성된다. According to another embodiment, the probe and the optical waveguide are formed of the same material whose physical properties are controlled with different refractive indexes.

또한, 상기 탐침과 상기 광도파로는 폴리머로 이루어지며, 상기 탐침과 상기 광도파로를 형성하는 각각의 폴리머는 큐어링 온도를 달리하여 굴절율이 상이하게 형성될 수 있다. In addition, the probe and the optical waveguide are made of a polymer, and each of the polymers forming the probe and the optical waveguide may have different refractive indexes with different curing temperatures.

상기 폴리머는 SU-8 폴리머일 수 있다. The polymer may be an SU-8 polymer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 구조체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 신경 탐침 구조체의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 SU-8 폴리머를 서로 다른 온도 조건에서 큐어링(curing)하였을 때 변화하는 굴절율을 나타내는 그래프이다. 1 is a perspective view of a nerve probe structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the manufacturing process of the neuro probe structure of FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing a refractive index varying when curing the SU-8 polymer under different temperature conditions. FIG.

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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and action are not limited by this embodiment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 구조체(1)의 사시도이다. 1 is a perspective view of a neuro probe structure 1 according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 신경 탐침 구조체(1)는 피실험체(미도시) 내부로 삽입되는 탐침(10)과, 상기 탐침(10)의 후단을 지지하는 몸체(20)와, 탐침(10)의 상단에서 탐침(10)의 길이방향으로 연장되는 광도파로(30)를 포함한다. 1, the nerve probe structure 1 includes a probe 10 inserted into an object to be tested (not shown), a body 20 supporting a rear end of the probe 10, a probe 10 And an optical waveguide 30 extending in the longitudinal direction of the probe 10 at the upper end of the probe 10.

몸체(20)의 후단부 쪽에는 광섬유(40)가 몸체(20)에 형성된 그루브(groove)(41) 안에 안착되어 몸체(20)와 고정된다. An optical fiber 40 is seated in a groove 41 formed in the body 20 and fixed to the body 20 at the rear end side of the body 20. [

광도파로(30)의 후단부는 광섬유(40)의 전단부와 접하도록 형성된다. 광도파 부재(30)의 후단부는 광섬유(40)의 전단부와 광전달이 가능하도록 정렬된다.The rear end of the optical waveguide 30 is formed so as to be in contact with the front end of the optical fiber 40. The rear end of the light waveguide member 30 is aligned with the front end of the optical fiber 40 to allow light transmission.

탐침(10)의 상단에는 복수의 전극(50)이 배치되고, 몸체(20)의 상단에는 복수의 패드(60)가 배치된다. A plurality of electrodes 50 are disposed at the upper end of the probe 10 and a plurality of pads 60 are disposed at the upper end of the body 20.

각각의 전극(50)은 탐침(10)과 몸체(20)의 상단에 연장되도록 형성된 신호선(51)을 통해 각각의 패드(60)와 전기적으로 연결된다. 각각의 패드(60)는 PCB(미도시)에 전기적으로 연결되어, 전극(50)으로부터 수집되는 신경 반응 신호가 외부의 신호 처리 및 분석장치(미도시)로 전달될 수 있도록 한다. Each electrode 50 is electrically connected to each pad 60 through a probe 10 and a signal line 51 formed to extend to the upper end of the body 20. Each of the pads 60 is electrically connected to a PCB (not shown) so that the nerve response signals collected from the electrode 50 can be transmitted to an external signal processing and analysis device (not shown).

도 2는 신경 탐침 구조체(1)의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다. Fig. 2 is a view for explaining a manufacturing process of the neuro probe structure 1. Fig.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 먼저 탐침(10)과 몸체(20)를 형성할 제1기판(100)을 형성하고, 그 위에 제1 절연층(101)을 도포한 후, 광도파로(30)가 형성될 부분 주위에 리프트오프(lift-off) 공정으로 통해 금 재질의 신호선(51)이 패터닝(patterning)한다. The first substrate 100 on which the probe 10 and the body 20 are to be formed is first formed and the first insulating layer 101 is coated on the first substrate 100, A signal line 51 made of gold is patterned through a lift-off process around the portion where the gate electrode 30 is to be formed.

도 2(b)에 도시된 바와 같이, 신호선(51) 상단에 이리듐(iridium) 재질의 전극(50) 및 패드(60)가 부착되며, 다시 제2 절연층(102)이 도포되어 신호선(51)을 보호한다. An electrode 50 and a pad 60 made of iridium are attached to the top of the signal line 51 and the second insulating layer 102 is applied again to the signal line 51 ).

다음으로, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 제1기판(100)에 접촉하도록 제1기판(100) 상단에 광도파로(30)를 적층한다. Next, as shown in FIG. 2 (c), the optical waveguide 30 is laminated on the top of the first substrate 100 so as to be in contact with the first substrate 100.

마지막으로, 깊이 반응성 이온 식각(DRIE; deep reactive-ion etching) 공정을 통해 제1 기판(100)의 후단에 그루브(41)를 형성하고, 제1 기판(100)을 전단 하단부를 식각하여 몸체(20)와 일체로 이루어진 탐침(10)의 형상을 형성한다.Finally, a groove 41 is formed at the rear end of the first substrate 100 through a deep reactive ion etching (DRIE) process, and the lower end of the front end of the first substrate 100 is etched to form a body 20 formed integrally therewith.

그루브(41)에 광섬유(40)를 안착하고, 광섬유(40)의 전단부와 광도파로(30)의 후단부를 밀착하여 서로 정렬한 뒤 광섬유(40)를 몸체(20)에 에폭시를 이용해 고정하면 신경 탐침 구조체(1)가 완성된다. The front end of the optical fiber 40 and the rear end of the optical waveguide 30 are brought into close contact with each other and the optical fiber 40 is fixed to the body 20 using the epoxy after the optical fiber 40 is placed in the groove 41, The neuro probe structure 1 is completed.

이와 같은 구성에 따르면, 외부의 광원(미도시)으로부터 전달되는 신경 자극을 위한 빛이 광섬유(40)를 통해 광도파로(30)로 전달되고, 전달된 빛은 광도파로(30)를 통해 도파된다. According to this configuration, light for nerve stimulation transmitted from an external light source (not shown) is transmitted to the optical waveguide 30 through the optical fiber 40, and the transmitted light is guided through the optical waveguide 30 .

이때, 광도파로(30)에 하단에 직접 접하도록 형성된 탐침(10)은 광도파로(31)의 굴절률 보다 작은 굴절률을 가지는 물질로 이루어진다. 광도파로(30)를 통해 도파되는 빛은 광도파로(30)의 측면을 둘러싼 탐침(10) 및 공기에 의해 광도파로(30)의 측면을 통해 빠져나가지 못하고 전반사를 일으킨다. At this time, the probe 10 formed to be in direct contact with the lower end of the optical waveguide 30 is made of a material having a refractive index smaller than the refractive index of the optical waveguide 31. The light guided through the optical waveguide 30 can not escape through the side surface of the optical waveguide 30 by the probe 10 and the air surrounding the side surface of the optical waveguide 30,

전반사를 일으키며 광도파로(30) 내부를 통해 도파된 빛은 광도파로(30)의 전단부를 통해 출력되어 신경에 광자극을 가한다. The light guided through the inside of the optical waveguide 30 causing total reflection is output through the front end of the optical waveguide 30 to apply a light stimulus to the nerve.

광자극된 신경의 반응 신호는 전극(50)에 의해 수집되고, 상기 신호 처리 및 분석장치는 전극(50)에 의해 수집된 신경 반응 신호를 분석할 수 있다. The response signal of the light-stimulated nerve is collected by the electrode 50, and the signal processing and analysis apparatus can analyze the neural response signal collected by the electrode 50.

광전달이 가능한 물질이라면 광도파로(30)를 형성하는데 이용할 수 있고, 광도파로(30)를 형성하는 물질과 굴절률이 상이한 물질이라면 탐침(10)을 형성하는데 이용할 수 있다. If the material capable of transmitting light can be used to form the optical waveguide 30 and the material having the different refractive index from the material forming the optical waveguide 30, the probe 10 can be used.

예를 들어, 탐침(10)을 폴리이미드로 형성하고, 광도파로(30)를 PDMS로 형성하여도 좋다. 또한, 탐침(10)을 유리로 형성하고, 광도파로(30)를 SU-8 폴리머로 형성하여도 좋다. For example, the probe 10 may be formed of polyimide and the optical waveguide 30 may be formed of PDMS. Further, the probe 10 may be formed of glass and the optical waveguide 30 may be formed of SU-8 polymer.

하지만, 탐침(10)과 광도파로(30)는 반드시 굴절율이 상이한 서로 다른 재질로 형성될 필요는 없으며, 굴절율이 상이하게 물성이 변화된 동일 재질로 형성되어도 좋다. However, the probe 10 and the optical waveguide 30 are not necessarily made of different materials having different refractive indexes, but may be formed of the same material with different refractive indexes.

도 3은 SU-8 폴리머 필름을 서로 다른 온도 조건에서 큐어링(curing)하였을 때 변화하는 굴절율을 나타내는 그래프이다. FIG. 3 is a graph showing a refractive index varying when curing the SU-8 polymer film under different temperature conditions. FIG.

각각의 곡선은 1.2㎛ 두께의 SU-8 폴리머 필름을 그 온도 조건이 상이한 소프트 베이크(SB; soft bake), 노광 후 베이크(PEB; post exposure bake) 및 하드 베이크(HB; hard bake) 공정을 통해 큐어링하였을 때, 빛의 파장 대역에 대한 굴절율을 나타낸다. Each of the curves is formed by a process in which an SU-8 polymer film having a thickness of 1.2 탆 is subjected to a soft bake (SB), a post exposure bake (PEB) and a hard bake (HB) When cured, it represents the refractive index with respect to the wavelength band of light.

SU-8의 큐어링 온도 조건에 대한 굴절율 변화는 하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
The change in the refractive index with respect to the curing temperature condition of SU-8 can be expressed by the following equations (1) and (2).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013110585187-pat00001
Figure 112013110585187-pat00001

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112013110585187-pat00002
Figure 112013110585187-pat00002

여기서, q(n)은 굴절율 국부함수이고, dn/dT는 10-4이며, α는 열에 의한 재료의 부피팽창 계수이고, ρ는 재료의 부피이다. Where q (n) is the refractive index local function, dn / dT is 10 -4 , α is the volume expansion coefficient of the material due to heat, and ρ is the volume of the material.

즉, 동일한 SU-8 폴리머라도 큐어링 온도 조건을 조절함으로써, 굴절율을 조절할 수 있다. That is, even with the same SU-8 polymer, the refractive index can be controlled by controlling the curing temperature condition.

다시 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따르면, 제1기판(100)과 광도파로(30)는 모두 SU-8 폴리머로 형성된다. Referring again to FIG. 2, according to the present embodiment, both the first substrate 100 and the optical waveguide 30 are formed of SU-8 polymer.

다만, 제1기판(100)을 형성할 때의 큐어링 온도 조건(도 2(a))과, 광도파로(30)를 형성할 때의 큐어링 온도 조건(도 2(c))를 달리하여, 최종 형성되는 탐침(10)의 굴절율이 광도파로(30)의 굴절율 보다 작도록 할 수 있다. 2 (a)) at the time of forming the first substrate 100 and the curing temperature condition (Fig. 2 (c)) at the time of forming the optical waveguide 30 are different from each other , The refractive index of the finally formed probe 10 can be made smaller than the refractive index of the optical waveguide 30.

위와 같이 구성된 신경 탐침 구조체(1)는 광도파로(31)를 통과하는 빛이 전반사를 일으키도록 하는 별도의 클래딩층을 개재하지 않고도 탐침(10) 자체에 의해 빛이 전반사를 일으킨다. 별도의 클래딩층이 생략됨에 따라 탐침 구조체 전체의 두께는 감소될 수 있다. The neuro probe structure 1 configured as described above causes total reflection of light by the probe 10 itself without interposing a separate cladding layer for causing light passing through the optical waveguide 31 to cause total internal reflection. By omitting a separate cladding layer, the thickness of the entire probe structure can be reduced.

반면, 상술한 바와 같이, 광도파로(30)와 접하여 전반사를 일으키는 층의 두께가 증가할수록 광도파로(30)를 통해 도파되는 빛의 전반사율이 증가하여 광손실율이 감소하므로, 광도파로(30)를 통해 출력되는 빛의 출력을 증가시킬 수 있다. On the other hand, as described above, as the thickness of the layer causing total reflection in contact with the optical waveguide 30 increases, the total reflectance of the light guided through the optical waveguide 30 increases and the light loss rate decreases. It is possible to increase the output of the light output through the light emitting diode.

본 실시예에 따르면, 두께가 비교적 두꺼운 탐침(10)이 "클래딩층"의 역할을 하게 되므로, 광도파로(30)을 도파하는 빛이 종래기술에 비해 현저하게 두꺼운 "클래딩층"에 의해 전반사를 일으키게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 신경 탐침 구조체(1)는 종래기술에 비해 현저히 향상된 광전달 효율을 가진다. According to this embodiment, since the probe 10 having a relatively large thickness serves as a "cladding layer ", the light guiding the optical waveguide 30 is totally reflected by the" cladding layer " . Therefore, the neuro probe structure 1 according to the present embodiment has a remarkably improved light transmission efficiency as compared with the prior art.

한편, 종래의 탐침 구조체의 탐침 몸체는 강성이 높은(약 150Gpa) 실리콘 재질로 이루어지는 경우가 대부분으로, 피실험에에 삽입시 신경 조직에 손상을 가할 수 있어 생체 적합성이 낮았다. On the other hand, the probe body of the conventional probe structure is mostly composed of a high-rigidity (about 150 GPa) silicon material, and biocompatibility is low due to damage to the nerve tissue during insertion into the experiment.

SU-8 폴리머의 경우 강성이 약 10Gpa 이하이므로, 탐침(10)과 광도파로(30)를 SU-8 폴리머로 형성함으로써, 피실험체의 신경 조직이 손상되는 것을 방지할 수 있어 생체 적합성이 매우 높다. Since the rigidity of the SU-8 polymer is about 10 Gpa or less, the probe 10 and the optical waveguide 30 are formed of the SU-8 polymer, so that the nerve tissue of the subject can be prevented from being damaged and the biocompatibility is very high .

또한, 피실험체 내부에 삽입되는 탐침 구조체(1)가 적절히 휘어질 수 있는 유연한 특성을 가지게 되므로, 피실험체의 움직임에 의해 삽입된 탐침이 원하지 않게 이탈하는 것을 방지할 수 있다. In addition, since the probe structure 1 inserted into the test object has a flexible characteristic capable of properly bending, the probe inserted by the movement of the test subject can be prevented from being undesirably detached.

Claims (5)

피실험체의 신경에 광자극을 가하여 상기 신경의 반응 신호를 수집하기 위한 신경 탐침 구조체로서,
상기 피실험체 내부에 삽입되는 탐침과,
상기 탐침의 상단에 부착되고 그 내부를 통해 빛이 도파될 수 있는 광도파로를 포함하고,
상기 광도파로는 클래딩층을 개재하지 않고 상기 탐침에 직접 부착되고,
상기 탐침의 굴절율은 상기 광도파로의 굴절율 보다 작아서, 상기 광도파로로 유입된 빛이 상기 탐침 몸체에 의해 전반사를 일으켜 상기 광도파로의 내부를 통해 도파되는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체. A neural probe structure for applying a light stimulus to a nerve of a subject to collect a reaction signal of the nerve,
A probe inserted into the test subject;
And an optical waveguide attached to an upper end of the probe and capable of guiding light through the inside thereof,
Wherein the optical waveguide is directly attached to the probe without interposing a cladding layer,
Wherein the refractive index of the probe is smaller than the refractive index of the optical waveguide so that the light introduced into the optical waveguide is totally reflected by the probe body and is guided through the inside of the optical waveguide. 제1항에 있어서,
상기 탐침과 상기 광도파로는 굴절율이 상이한 서로 다른 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체. The method according to claim 1,
Wherein the probe and the optical waveguide are formed of different materials having different refractive indexes. 제1항에 있어서,
상기 탐침과 상기 광도파로는 굴절율이 상이하게 물성이 조절된 동일 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체. The method according to claim 1,
Wherein the probe and the optical waveguide are formed of the same material whose physical properties are controlled to have different refractive indexes. 제3항에 있어서,
상기 탐침과 상기 광도파로는 폴리머로 이루어지며,
상기 탐침과 상기 광도파로를 형성하는 각각의 폴리머는 큐어링 온도를 달리하여 굴절율이 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체.The method of claim 3,
Wherein the probe and the optical waveguide are made of polymer,
Wherein each of the polymers forming the probe and the optical waveguide has different refractive indexes with different curing temperatures. 제4항에 있어서,
상기 폴리머는 SU-8 폴리머인 것을 특징으로 하는 신경 탐침 구조체. 5. The method of claim 4,
Wherein the polymer is SU-8 polymer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101604307B1 (en) 2014-12-29 2016-03-18 (재)한국나노기술원 Manufacturing method of down-illuminating lighting source coupled waveguide for use in micro-tip and micro-tip thereby
WO2017086755A1 (en) * 2015-11-19 2017-05-26 이화여자대학교 산학협력단 Nerve probe part and nerve probe interface having same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101159252B1 (en) * 2011-01-05 2012-06-25 한국과학기술연구원 Optical stimulus probe structure with optical fiber fixing element
US20130079615A1 (en) * 2009-11-19 2013-03-28 The Regents Of The University Of Michigan Neural probe with optical stimulation capability
KR20130062575A (en) * 2011-12-05 2013-06-13 한국과학기술연구원 Probe structure capable of measuring ph level

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130079615A1 (en) * 2009-11-19 2013-03-28 The Regents Of The University Of Michigan Neural probe with optical stimulation capability
KR101159252B1 (en) * 2011-01-05 2012-06-25 한국과학기술연구원 Optical stimulus probe structure with optical fiber fixing element
KR20130062575A (en) * 2011-12-05 2013-06-13 한국과학기술연구원 Probe structure capable of measuring ph level

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101604307B1 (en) 2014-12-29 2016-03-18 (재)한국나노기술원 Manufacturing method of down-illuminating lighting source coupled waveguide for use in micro-tip and micro-tip thereby
WO2017086755A1 (en) * 2015-11-19 2017-05-26 이화여자대학교 산학협력단 Nerve probe part and nerve probe interface having same

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