KAIST, 머리카락보다 작은 '무선 뇌 임플란트' 세계 최초 개발

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = KAIST 이선우 교수(신소재공학과·난양공대 겸직) 연구팀이 미국 코넬대 알로이샤 모나 교수팀과의 공동 연구를 통해 초소형 무선 뉴럴 임플란트 'MOTE(Micro-Scale Opto-Electronic Tetherless Electrode)'를 개발했다고 27일 밝혔다. 이 임플란트는 소금 결정보다 작은 100 마이크로미터(µm) 이하의 크기로, 실험용 생쥐 뇌에 이식해 1년간 안정적인 뇌파 측정에 성공하며 뇌 연구 및 신경질환 치료에 새로운 가능성을 제시했다.

기존 뇌 임플란트는 두꺼운 유선 구조로 인해 뇌 염증 유발, 신호 품질 저하, 크기와 발열 문제 등으로 장기 사용에 제약이 많았다. 하지만 연구팀은 이를 극복하고자 기존 반도체 공정(CMOS)과 자체 개발한 초미세 마이크로 LED(µLED)를 결합, 장치를 극도로 소형화하는 데 성공했다. 또한, 특수 표면 코팅을 적용해 생체 내구성을 획기적으로 높였다.

개발된 MOTE는 두께 100µm 이하, 부피 1 나노리터 이하로 머리카락보다 얇고 소금 알갱이보다 작다. 현재까지 보고된 무선 뉴럴 임플란트 중 세계적으로 가장 작은 수준을 자랑한다. 특히, 배터리가 필요 없는 완전 무선 시스템으로 외부 빛을 통해 전력을 생성하고 뇌파 정보를 빛 신호에 실어 외부로 전송하는 방식으로 작동한다. 이는 에너지 소비와 발열 위험을 최소화하여 장기간 사용을 가능하게 한다.

연구팀은 초소형 MOTE를 생쥐 뇌에 이식, 1년간 장기 실험을 진행한 결과 장기간 정상적인 뇌파 측정을 확인했으며, 임플란트 주변 염증 반응 및 장치 성능 저하가 거의 발생하지 않았다. 이는 초소형 무선 임플란트가 생체 내부에서 장기적으로 정상 기능을 유지할 수 있음을 최초로 입증한 사례로 평가받는다.

이선우 교수는 "이번 개발은 단순한 소형화를 넘어, 완전 무선 초소형 임플란트를 실제로 구현했다는 데 큰 의미가 있다"며 "뇌과학 연구, 신경계 질환 모니터링, 장기 기록 기반 치료 기술 개발 등 폭넓게 활용될 것"이라고 밝혔다. 해당 연구 결과는 세계적인 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)' 11월 3일 자 온라인판에 게재됐다.

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