(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 1년 이상 사용 가능한 다기능성 신경 인터페이스를 개발해 향후 뇌 지도, 질환 연구 및 치료에 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대를 모으고 있다.
한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 박성준 교수 연구팀이 한양대 바이오메디컬공학과 최창순 교수 연구팀과 함께 열 인발공정(TDP)과 탄소나노튜브 시트를 병합해 장기간 사용 가능한 다기능성 섬유형 신경 인터페이스를 개발했다고 24일 밝혔다.
열 인발공정은 열을 가해 큰 구조체의 복잡한 구조체를 빠른 속도로 당겨 같은 모양 및 기능을 갖춘 섬유를 뽑아내는 일을 뜻한다.
뇌신경 시스템 탐구를 위한 삽입형 인터페이스는 생체 시스템의 면역 반응을 줄이기 위해 생체 친화적이며 부드러운 물질을 사용하면서도, 다양한 기능을 병합하는 방향으로 발전해 왔다.
하지만 기존의 재료와 제작 방법으로는 다양한 기능을 구현할 수 있으면서도 장기간 사용 가능한 디바이스를 만들기 어려웠고, 특히 탄소 기반 전극의 경우 제조 및 병합 과정이 복잡하고 금속 전극에 비해 기능적 수행 능력이 떨어진다는 문제점이 있었다.
이에 연구팀은 탄소나노튜브 시트 전극과 고분자 광섬유를 병합했다.
연구팀은 탄소나노튜브 섬유가 한 방향으로 배열된 탄소나노튜브 시트 전극을 통해 신경세포 활동을 효과적으로 기록했고, 광 전달을 담당하는 고분자 광섬유에 이를 감아 머리카락 크기의 다기능 섬유를 제작했다.
연구팀이 제작한 섬유는 우수한 전기적, 광학적, 기계적 성질을 보였다.
연구팀이 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.
박성준 교수는 "향후 대동물 적용 및 자기공명영상 장비와 동시 사용을 통해 뇌 질환의 세부적인 메커니즘 파악과 전뇌적 기록 및 조절 분야에 사용될 수 있을 것ˮ 이라고 말했다.
과학기술정보통신부, 한국연구재단 나노및소재기술개발사업, 경찰청 미래치안도전기술개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼스'에 지난 3월 29일 게재됐다.
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