국내 연구진이 장기간 사용할 수 있는 다기능성 신경 인터페이스를 개발, 뇌 연구의 획기적 발전이 기대된다.
KAIST는 바이오및뇌공학과 박성준 교수팀이 한양대 바이오메디컬공학과 최창순 교수팀과 공동연구로 열 인발공정(Thermal Drawing Process, TDP)과 탄소나노튜브 시트를 병합해 1년 이상 사용할 수 있는 ‘다기능성 섬유형 신경 인터페이스’를 개발했다고 24일 밝혔다.
장기간 사용 가능한 섬유형 신경 인터페이스 개요. KAIST 열 인발공정은 열을 가해 큰 구조체의 복잡한 구조를 빠르게 당겨 같은 모양과 기능을 갖는 섬유를 뽑아내는 방식이다.
뇌신경 시스템 탐구를 위한 삽입형 인터페이스는 생체면역반응을 줄이기 위해 생체 친화적이면서 부드러운 물질로 다양한 기능을 병합하는 방향으로 발전하고 있다.
하지만 기존 재료와 제작방법으로는 다양한 기능을 구현하면서 장기간 사용가능한 디바이스를 만드는데 어려움이 있었다. 특히 탄소기반 전극은 제조 및 병합과정이 복잡하고, 금속 전극보다 기능적 수행능력이 떨어지는 문제점이 있었다.
연구팀은 문제해결을 위해 탄소나노튜브 시트 전극과 고분자 광섬유를 병합, 탄소나노튜브 섬유가 한 방향으로 배열된 시트 전극으로 신경세포 활동을 효과적으로 기록함을 확인했다.
이어 연구팀은 광 전달을 담당하는 고분자 광섬유에 이를 감아 머리카락 크기의 다기능 섬유를 제작해 우수한 전기적과 광학적, 기계적 성질을 확보했다.
이렇게 개발한 뇌-기계 인터페이스를 쥐 모델에 삽입한 결과 전기적 신경 활성신호와 도파민 등 신경전달물질을 측정, 광유전학적 조절로 행동학적 산출을 이끌어낼 수 있음을 검증했다.
아울러 연구팀은 1년 이상 광학적으로 발화된 신경신호와 자발적으로 발화된 신경신호를 측정한 결과 초장기간 사용할 수 있는 가능성도 확인했다.
박 교수는 "이번 연구는 전기적 신경 활성신호와 더불어 화학적 신경전달물질 기록과 광학적 조절기능을 갖춘 초장기 사용가능한 차세대 신경 인터페이스 개발 성과ˮ라며 "향후 자기공명영상 장비와 동시 사용으로 뇌질환의 세부 메커니즘 파악 등에 뇌 조절 등에 사용할 수 있을 것ˮ이라고 말했다.
