뇌에 안전하게 전기 공급 가능한 전극 개발, 뇌질환 연구 기대

▲ 고효율 전기자극용 다중전극 어레이 (MEA, multi-electrode array).

ETRI, 뇌신경 세포 자극하는 신경 전극 개발

이르면 5년 내 상용화 가능

국내 연구진이 신경세포를 안전하고 효율적으로 자극할 수 있는 나노크기의 신경 전극 개발에 성공했다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 구멍이 많은 다공성 금(Au) 나노구조체와 이리듐(Ir) 산화물 나노박막을 결합해 신경세포에 전기자극이 가능한 신경 전극 구조를 만들었다고 1일 밝혔다.

뇌신경연구를 하려면 뇌신경 신호를 고감도로 검출할 수 있고, 신경조직을 효율적으로 자극할 수 있는 신경 전극이 필요하다.

그러나 기존 백금이나 나노입자ㆍ나노선 등으로 만들어진 신경 전극은 표면적이 작아 전하주입 효율이 낮으며, 기계적 강도가 낮다는 한계가 있었다.

이에 연구진은 전극 크기는 작지만 잡음(noise)이 크지 않으면서 효율적인 전기 자극이 가능한 전극을 구현해 왔다.

평면 전극에 스펀지와 같은 50 nm(나노미터) 구멍크기의 다공성 금 나노구조체를 형성하고 10nm 이하의 두께로 이리듐 산화물을 나노구조체 표면에 얇게 코팅하는 공정을 진행했다.

그 결과, 신호 감도가 뛰어나고 동시에 전기 자극 효율이 향상된 신경 전극을 개발했다.

연구진은 쥐의 뇌신경조직에 적용해 0.1V(볼트)의 아주 낮은 자극에서도 반응 신호 검출이 가능한 것을 확인했다.

기존의 뇌신경에 공급되는 전하주입효율이 세계적으로 15％ 이하지만, 연구진은 이를 25％까지 끌어올렸다.

이 기술은 인체 삽입용으로 개발 중인 유년전극 및 침 전극에도 손쉽게 적용 가능한 공정으로 앞으로 뇌 과학 분야에 큰 영향력을 끼칠 것으로 기대된다.

연구장비는 현재 국내ㆍ외에서 공동연구용으로 활용 중이며, 연구진은 5년 내 개발한 신경 전극과 연구 장비를 상용화할 계획이다.

정상돈 ETRI 시냅스소자창의연구실장은 “고 신뢰성 뇌-컴퓨터 양 방향 인터페이스를 구현할 계획”이라며 “관련 기술의 보급은 국내 뇌 과학 수준을 높이고 뇌질환자의 기능 회복을 통한 고령화 대응, 분산형 인공지능 시스템 구현에 이바지할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 미래창조과학부의 정부출연금사업과 미래융합 파이오니아 사업의 지원으로 개발됐으며, 지난달 13일 학술지 나노 레터(Nano Letters)에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@