- 안전ㆍ효율적 신경 전기자극가능 신경전극 제작 성공
- 뇌ㆍ컴퓨터 상호작용, 뇌신경계 질환 기능회복 적용 가능
[헤럴드경제(대전)=박세환 기자] 국내 연구진이 안전하고 효율적으로 신경세포를 전기적으로 자극 할 수 있는 신경전극 개발에 성공했다. 이에 따라 앞으로 뇌졸중 등 뇌신경계 질환자의 기능 회복과 뇌 학습 연구 등에 탄력을 받을 것으로 보인다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 스펀지처럼 구멍을 많이 뚫은 다공성(多孔性) 금(Au) 나노구조체와 이리듐(Ir) 산화물 나노박막을 결합, 신경세포에 전기자극 고효율로 전하주입이 가능한 신경전극 구조를 만들었다고 1일 밝혔다.
제작기술도 개발, 학술지 나노 레터(Nano Letters)에 지난달 13일자로 온라인 게재됐다.
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| [사진설명=고효율 전기자극용 다중전극 어레이(MEA, multi-electrode array).] |
이 기술은 뇌신경 질환자들의 재활과 뇌 학습 이해에 목적을 두고 개발됐다. 뇌 신경연구를 위해서는 뇌신경 신호를 고감도로 검출이 가능하고 신경조직을 효율적으로 자극도 할 수 있는 신경전극이 필요하다.
하지만 기존 백금이나 나노입자, 나노선 등으로 만들어진 신경전극은 표면적이 작아 전하주입 효율이 낮고, 기계적 강도가 현저히 떨어진다는 단점이 있었다.
이에 따라 ETRI는 그동안 전극 크기는 작지만 잡음(noise)이 크지 않으면서 효율적인 전기 자극이 가능한 전극을 구현하기 위해 평면 전극에 스펀지와 같은 50 nm(나노미터) 구멍크기의 다공성 금 나노구조체를 형성하고, 10nm 이하의 두께로 이리듐 산화물을 나노구조체 표면에 얇게 코팅하는 공정을 개발했다.
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| [사진설명=신경신호 측정장치에 고효율 전기자극용 신경전극(MEA) 장착하는 모습.] |
그 결과, 신호 감도가 뛰어나고 동시에 전기 자극 효율이 향상된 신경전극을 개발할 수 있었다. 이를 통해 다공성 금 나노구조체와 이리듐 산화물을 결합함으로써 시너지를 얻어 전극의 성능을 향상시키는데 성공한 셈이다.
앞으로 이 기술이 뇌 과학 분야 등 발전에 큰 기여를 할 것으로 연구진은 기대했다.
ETRI가 개발한 신경전극 제작기술의 경우 모두 전기화학적 방법을 사용하기 때문에 비용이 적게 들고 다공성 제어와 이리듐 산화물 박막 두께 등 다양한 변수들의 조절이 쉬운 장점을 가지고 있다.
ETRI는 이 기술을 바탕으로 향후 뇌 이식용 유연 신경전극 제작 기술을 중점 연구개발 계획이다. 또 전 임상 및 임상 협력 시험을 통해 의학적인 효용성을 검증할 예정이라고 밝혔다.
이번 논문의 제1저자는 ETRI 시냅스소자창의연구실 김용희 박사, 2저자는 김국화 선임연구원, 교신저자는 정상돈 박사다. 아울러 논문에는 원광대 의과대학 김민선 교수가 연구에 참여했다.
정상돈 ETRI 시냅스소자창의연구실장은 “향후 고 신뢰성 뇌-컴퓨터 양 방향 인터페이스를 구현할 계획이며, 관련 기술의 보급은 국내 뇌 과학 수준의 제고, 뇌질환자의 기능 회복을 통한 고령화 대응, 그리고 분산형 인공지능 시스템 구현에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부의 정부출연금사업과 미래융합 파이오니아 사업의 지원으로 개발됐다.
대전=박세환 기자/greg@heraldcorp.com
