안전한 뇌 신호 측정 위한 세계 최고 성능 하이드로겔 미세 전극 개발한다

레이저 국소 광열화학 반응 통한 전도성 고분자의 상 분리 현상 이용, 생체 삽입형 소프트 전자소자 기반 기술로 응용 가능, "전도성 고분자 기반 하이드로겔이 필요한 다양한 전자소자 분야의 기술 개발에 기여하고, Brain-computer interface의 새로운 근간 기술이 될 수 있을 것"

사진 왼쪽부터 서울대학교 기계공학부 고승환 교수, 원대연 박사 과정, 건국대학교 수의학과 김시윤 교수, 서울대학교 수의학과 김진 박사이다.

서울대학교 공과대학 기계공학부 고승환 교수, 건국대학교 김시윤 교수 공동 연구팀의 연구 논문이 세계적인 과학 저널 ‘Science Advances‘에 게재됐다.

이번 발표 논문에서 미세 전극은 부드럽고 생체친화적인 전도성 고분자를 사용해 생체 조직과 같이 늘어날 수 있어 몸 안에 오랫동안 삽입해도 안전하고 면역 반응을 최소화할 수 있다는 점이 특별하다. 세계 최고 수준의 전기 전도도와 패턴 해상도를 통해 매우 작은 세포에서 나오는 신호까지 정밀하게 읽어낼 수 있다는 장점도 지닌다.

흔히 뇌에서 흘러나오는 전기 신호를 읽어 내거나 전기 자극을 가해 신경 전달 물질을 분비시키기 위한 목적으로 생체 삽입형 신경 전극을 개발하는 연구들이 활발히 진행되고 있는 시점이다. 뇌의 신호를 최대한 안전하고, 정밀하게 읽어내야 한다는 측면에서 기존 신경 전극은 주로 딱딱한 금속을 사용해 개발됐기에 부드러운 뇌에 부착하기 힘들었고, 부작용도 심했다는 점에서 연구 성과가 돋보인다.

공동 연구팀은 독성 물질 투입 없이 레이저의 광열화학 반응을 이용해 PEDOT:PSS의 상 분리를 유도해냈다. 아울러 원하는 부분만 수용액 내에서 녹지 않고 전기·기계적 물성을 유지할 수 있는 전도성 하이드로겔로 변환시키는 디지털 패터닝 공정으로 발전시켰다. 개발된 미세 하이드로겔 전극은 부드럽고 생체친화적 특성으로 장기간 쥐의 체내에 삽입 시 면역 반응이 최소화됐다. 기존 딱딱한 전극들이 인체에 유발했던 다양한 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

논문의 교신 저자인 서울대 고승환 교수는 “반도체 공정 수준의 미세한 전도성 하이드로겔 패턴을 획기적으로 저렴하고, 빠르게 제작할 수 있게 됐다”며 “앞으로 전도성 고분자 기반 하이드로겔이 필요한 다양한 전자소자 분야의 기술 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

건국대 김시윤 교수는 “레이저 공정의 높은 생체친화성을 통해 오랫동안 생체에 삽입하더라도 건강을 지키며 전기생리학적 신호를 장시간 수집할 수 있는 Brain-computer interface의 새로운 근간 기술이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다. ANN

홍유석 서울대학교 공과대학 학장

고승환 서울대학교 기계공학부 교수, 김시윤 건국대학교 교수

자료_ 서울대학교 공과대학