뇌신경 연구 새 지평…KAIST, 고자유도 3D 미세전극 칩 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀이 기존 반도체 공정 기반 제작 방식의 한계를 넘어 '3D 미세전극 칩'을 다양한 형태의 맞춤형 체외 배양칩 형태로 정밀 제작할 수 있는 플랫폼 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

3D 미세전극 칩은 3차원 공간에 배치된 다수의 미세전극을 통해 신경세포의 전기적 활동을 측정하고 자극할 수 있는 신경 인터페이스다.

체외 배양한 뇌 신경조직 연구에 활용되나 기존 칩 제작은 반도체 공정을 기반으로 해 입체적 설계 자유도가 제한되고 높은 비용이 요구됐다.

이를 극복하기 위해 최근 3D 프린팅 기반 제작 기술이 제안됐으나 다양한 체외 배양 신경네트워크 구조를 위한 입체적 설계 자유도 측면에서 한계가 있었다.

연구진은 3D 프린팅의 입체적 설계 자유도와 출력물을 절연체로 활용할 수 있다는 특성에 착안해 기존 공정 순서를 거꾸로 뒤집은 방식을 도입했다.

3D 프린터로 속 빈 구조물을 만든 뒤, 전도성 잉크를 흘려보내 입체적인 전극을 만드는 방식으로 기존보다 훨씬 다양한 형태와 재료의 신경칩을 쉽게 만들 수 있는 새로운 공정 기법이다.

이를 통해 프로브·큐브·모듈형 등 다양한 형태의 칩 구현이 가능하고, 그래파이트·전도성 폴리머·은 나노입자 등 여러 재료 기반 전극 제작도 가능하다.

특히 3차원 신경 네트워크의 내외부에서 발생하는 다채널 신경 신호를 동시 측정할 수 있어 신경세포 간 동적 상호작용과 연결성을 정밀하게 분석할 수 있다.

남 교수는 "이번 연구는 3D 프린팅과 모세관 현상을 결합해 신경칩 제작의 자유도를 크게 확장한 성과"라며 "뇌신경 조직을 활용한 기초 뇌과학 연구뿐 아니라 세포 기반 바이오센서, 바이오컴퓨팅 같은 응용 분야 발전에도 기여할 것”이라고 말했다.

KAIST 바이오및뇌공학과 윤동조 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr