KAIST, 뇌피질 전도 실시간 측정 가능한 투명전극 개발

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한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)이 광유전학과 광치료 연구에 핵심 역할을 할 유연 투명전극 핵심 기술을 개발했다.

KAIST는 이현주·이정용 전기 및 전자공학부 교수와 이정호 의과학대학원 교수 공동연구팀이 폴리머 전기방사 기술을 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 공정에 접목해 실시간으로 뇌피질 전도 측정이 가능한 투명하고 유연한 미세전극 어레이(배열)를 개발했다고 15일 밝혔다.

뇌피질전도 측정용 유연 투명 미세전극 어레이 모식도와 실제 구현 모습.
<뇌피질전도 측정용 유연 투명 미세전극 어레이 모식도와 실제 구현 모습.>

이 기술은 빛을 생체 내 특정 영역에 조사하고 반응을 측정하는 광유전학, 광 치료 기술 등에 활용할 수 있다. 광유전학은 국소 부위 신경 세포를 자극하고, 광 치료법은 수면장애와 알츠하이머병 치료 가능성으로 이 분야에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

빛으로 생체 내 반응을 측정하는 대표적인 방법은 센서로 전기생리 신호를 측정하는 것이다. 그러나 일반적인 금속 박막 전극은 반사도가 높고, 투과도는 낮아 빛을 전달하기 어렵다. 베크렐 효과(전극에 전위차가 생겨 전류가 흐르는 현상) 탓에 '포토일렉트릭 아티팩트'라는 잡음 신호도 발생한다.

연구팀은 MEMS 공정으로 미세전극 어레이를 투명화해, 뇌피질 전도(ECoG)를 측정하는 유연·투명 미세전극 어레이를 제작하는 데 성공했다. 이 장치는 높은 투과도를 지니고 있어 포토일렉트릭 아티팩트가 매우 약하다. 또 빛 전달이 매우 용이해 다른 투명 미세전극 어레이와 비교해 뇌피질 전도 측정이 매우 유리하다.

기술개발 연구진. 사진 왼쪽부터 서기원 박사과정, 이정용 교수, 이현주 교수,김기업 박사과정.
<기술개발 연구진. 사진 왼쪽부터 서기원 박사과정, 이정용 교수, 이현주 교수,김기업 박사과정.>

연구팀은 미세전극과 미세광원이 집적된 다기능성 미세전극 어레이를 만드는 후속 연구를 진행 중이다. 광원과 전극이 함께 집적된 다기능성 소자 개발에 성공할 경우 광유전학이나 광 치료 등의 연구용 뉴로 툴 개발로 이어질 것으로 예상된다.

이현주 교수는 “기존에는 잡음 신호로 인해 광 자극과 동시에 뇌피질 전도 측정이 불가능했다”며 “이번 유연하고 투명한 미세전극 개발을 계기로 광 자극과는 무관하게 실시간으로 뇌피질 전도 측정이 가능하게 됐다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com