한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 박성준 바이오 및 뇌공학과 교수팀과 최창순 한양대 바이오메디컬공학과 교수팀이 열을 가해 섬유를 뽑아내는 열 인발공정(TDP), 탄소나노튜브 시트를 병합해 장기간 사용 가능한 다기능성 섬유형 신경 인터페이스를 개발했다고 24일 밝혔다.
뇌신경 시스템 탐구를 위한 삽입형 인터페이스는 생체 시스템 면역 반응을 줄이기 위해 생체 친화적이며 부드러운 물질을 사용하면서, 다양한 기능을 병합하는 방향으로 발전했다.
다만 기존 재료와 제작 방법으로는 다기능을 구현하면서 장기간 사용가능한 디바이스를 만들기 어려웠다. 특히 탄소 기반 전극은 제조·병합 과정이 복잡하고 금속 전극 대비 기능 수행 능력이 떨어졌다.
연구팀은 이번 연구에서 탄소나노튜브 시트 전극과 고분자 광섬유를 병합했다. 탄소나노튜브 섬유가 한 방향으로 배열된 탄소나노튜브 시트 전극으로 신경세포 활동을 효과적으로 기록했고, 광 전달을 담당하는 고분자 광섬유에 이를 감아 머리카락 굵기 다기능 섬유를 제작했다.
제작 섬유는 우수한 전기, 광학, 기계적 성질을 보였다.
이런 뇌-기계 인터페이스를 실제 쥐 모델에 삽입한 결과 전기적 신경 활성신호, 화학적 신경전달물질(도파민)을 잘 측정하고 광유전학적 조절을 통해 행동학적 산출을 이끌어낼 수 있음을 확인했다.
또 연구팀은 1년 이상 광학적으로 발화된 신경 신호와 자발적으로 발화된 신경 신호를 측정함으로써 초장기간 사용 가능성도 보여줬다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 어드밴스드 머터리얼스에 3월 29일자로 출판됐다.
박성준 교수는 “전기적 신경 활성신호와 더불어 화학적 신경전달물질 기록 및 광학적 조절 기능을 갖춘 초장기간 사용가능한 차세대 신경 인터페이스의 개발 성과”라며 “향후 뇌 질환의 세부적인 메커니즘 파악과 전뇌적 기록 및 조절 분야에 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단 나노및소재기술개발사업, 경찰청 미래치안도전기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
