뇌 신호 측정 투명 미세전극 개발…알츠하이머 치료 활용 기대

뇌피질 전도 측정 가능한 투명 미세전극을 개발한 KAIST 연구진. 왼쪽부터 서기원 박사과정, 이정용 교수, 이현주 교수, 김기업 박사과정.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 이현주이정용이정호 교수 공동연구팀이 실시간으로 뇌피질 전도 측정이 가능한 투명 미세전극 어레이를 개발했다고 15일 밝혔다.

이번에 개발된 뇌피질 전도 미세전극 어레이는 기존의 불투명한 금속 전극과는 달리 빛에 의해 발생하는 잡음 신호가 매우 작고 자유로운 빛의 전달이 가능해 광유전학 및 광 치료 연구에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

최근 빛의 새로운 활용법과 생체 내 효능에 대한 발견으로 인해 빛을 생체 내의 특정 영역에 조사해 생기는 반응과 효과에 관한 연구들이 주목을 받고 있다. 대표적인 예가 광유전학, 광 치료 기술 등이다. 광유전학은 기존 신경 자극기술과는 달리 매우 국소적인 부위의 신경 세포를 자극하고, 광 치료법은 수면장애와 알츠하이머병의 치료 가능성으로 이 분야에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다.

빛에 의한 생체 내 반응을 측정하는 대표적인 방법으로는 체내에 센서 등을 장착해서 호르몬의 분비과정에서 발생하는 전기생리 신호를 측정하는 방법이다. 일반적으로 전기생리 신호 측정을 위해 사용하는 일반적인 금속 박막 전극은 높은 반사도와 낮은 투과도 때문에 빛의 전달을 방해할 뿐만 아니라 빛을 쬘 때 잡음신호가 발생해 정확한 신호를 측정하기 어렵다.

연구팀은 폴리머 전기방사 기술을 MEMS 공정에 접목해 뇌피질 전도를 측정할 수 있는 투명하고 유연한 미세전극 어레이를 제작했다.

연구팀은 외부 변형에 따른 저항 변화와 전기방사 시간에 따른 전기화학 임피던스, 전하 저장 용량 등을 측정한 결과, 전극 자체의 특성을 쉽게 조절이 가능한 점 등 여러 면에서 우수한 성능을 보였다고 설명했다. 특히 미세 전극에서 발생하는 잡음이 10배 이상 감쇄 효과가 있음을 확인했다. 이와 함께 쥐 뇌의 다양한 피질 영역에 걸쳐 유연·투명한 미세전극 어레이를 위치시킨 후 광 자극을 통해 발생하는 뇌피질 전도 신호를 측정한 결과, 신호를 정량적으로 비교하고 빛이 원활하게 전달되는 현상을 관측하는데 성공했다.

(a) 뇌피질 전도 측정용 유연 투명 미세전극 어레이 모식도 (b) 개발된 뇌피질 전도 측정용 유연 투명 미세전극 어레이.[KAIST 제공]

연구팀은 이 기술을 기반으로 광 자극과 함께 정확한 뇌피질 전도를 실시간으로 측정할 수 있는 다기능성 미세전극 어레이 개발을 위한 후속연구를 진행 중이다. 광원과 전극이 함께 집적된 다기능성 소자 개발에 성공할 경우 광유전학이나 광 치료 등의 연구를 진행하는 뇌과학자들이 편하게 사용할 수 있는 뉴로 툴(Tool) 개발로 이어질 것으로 예상된다.

이현주 교수는 "기존에는 광전 효과로 인해 불가피하게 발생하는 잡음 신호로 인해서 광 자극과 동시에 뇌피질 전도 측정이 불가능했지만 유연하고 투명한 미세전극 개발을 계기로 광 자극과는 무관하게 실시간으로 뇌피질 전도 측정이 가능하게 됐다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 7월 2일자 표지논문으로 선정됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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