KAIST, 한양대와 장기간 사용 '뇌·기계 인터페이스' 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 1년 이상 쓸 수 있는 다기능성 신경인터페이스가 개발하고, 뇌지도와 질환 연구에 활용할 가능성을 제시했다.

박성준 KAIST 교수(왼쪽)와 최창순 한양대 교수(오른쪽).(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 박성준 바이오뇌공학과 교수 연구팀과 최창순 한양대 바이오메디컬공학과 교수 연구팀이 열 인발공정과 탄소나노튜브 시트를 병합해 오랜 기간 사용할 수 있는 다기능성 섬유형 신경 인터페이스를 개발했다고 24일 밝혔다.

열 인발공정은 열을 가해 큰 구조체의 복잡한 구조체를 빠른 속도로 당겨 같은 모양이나 기능을 갖춘 섬유를 뽑아내는 일을 뜻한다. 뇌신경 시스템 탐구를 위한 삽입형 인터페이스는 생체 시스템 면역 반응을 줄이기 위해 생체 친화적이며 부드러운 물질을 사용하면서도 다양한 기능을 병합하는 방향으로 발전해 왔다.

기존 재료와 제작 방법으로는 다양한 기능을 구현할 수 있으면서도 오랜 기간 사용가능한 장치를 만들기 어려웠다. 탄소 기반 전극은 제조·병합 과정이 복잡하고 금속 전극에 비해 기능적 수행 능력이 떨어졌다.

연구팀은 이번 연구에서 탄소나노튜브 시트 전극과 고분자 광섬유를 병합했다. 탄소나노튜브 섬유가 한 방향으로 배열된 탄소나노튜브 시트 전극을 통해 신경세포 활동을 기록하고, 광 전달을 담당하는 고분자 광섬유에 이를 감아 머리카락 크기의 다기능 섬유를 제작했다.

해당 뇌·기계 인터페이스를 실제 쥐 모델에 삽입한 결과, 전기적 신경 활성신호, 화학적 신경전달물질을 잘 측정하고 광유전학적 조절을 통해 행동학적 산출을 이끌어냈다. 1년 이상 광학적으로 발화된 신경 신호와 자발적으로 발화된 신경 신호를 측정해 장기간 사용 가능성도 확인했다.

박성준 교수는 “초장기간 사용가능한 차세대 신경 인터페이스의 개발 성과”라며 “앞으로 대동물에 적용하고, 자기공명영상 장비를 사용해 뇌 질환의 세부적인 메커니즘을 파악하고, 뇌 전체 부분을 기록하는 분야에 쓸 수 있을 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’에 지난 달 29일자로 출판됐다.