단국대 연구팀이 신경 신호를 측정하고 전기 자극을 전달하면서 빛까지 통과시키는 초소형 생체전극을 개발했다. 뇌질환 치료와 체내 삽입형 의료기기 개발에 활용될 것으로 기대된다.
단국대는 송지현 기계공학과 교수 연구팀이 미국 코네티컷대, 성균관대 연구진과 함께 투명하고 유연한 초소형 생체전극을 개발했다고 13일 밝혔다.
생체전극은 신경에서 발생하는 미세한 전기신호를 측정하거나 전기 자극을 전달하는 장치다. 하지만 기존 전극은 체내에 오래 삽입하면 체액 속 이온이 내부로 스며들어 성능이 떨어질 수 있다. 재질이 단단해 부드러운 생체 조직에 부담을 준다는 한계도 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 전기적인 힘으로 기능성 재료를 원하는 위치에 정밀하게 쌓는 전기수력학(EHD) 프린팅 기술을 활용했다. 기판과 전도층, 보호층을 차례로 형성하고 프린팅과 건조 조건을 조절해 얇고 유연하면서도 체액에 강한 전극을 만들었다.
이렇게 제작한 전극은 빛 투과율이 60%를 넘으면서도 안정적인 전기적 성능을 보였으며, 반복해서 구부리거나 전기 자극을 가해도 성능이 유지됐다.
특히 가속 노화시험에서는 약 7.2년에 해당하는 장기 사용 가능성을 확인했다. 실제 인체에 7.2년간 삽입해 검증한 것은 아니지만, 체내 삽입형 의료기기의 내구성을 높일 수 있다는 점에서 의미가 있다는 평가다.
빛을 통과시키는 특성도 주목된다. 신경의 전기적 활동을 측정하면서 빛을 이용한 관찰이나 자극을 함께 할 수 있어, 차세대 신경 인터페이스 기술로 활용 범위를 넓힐 수 있다.
이번 공동연구에서 단국대 연구팀은 기능성 재료 설계와 EHD 프린팅 공정, 소자 제작을 맡았다.
송 교수는 "복잡한 반도체 공정 없이 초정밀 EHD 프린팅 기술만으로 체내에서 장기간 안정적으로 작동하는 투명하고 유연한 생체전극을 구현했다는 데 의미가 있다"고 말했다.
이어 "신경 인터페이스와 빛을 이용한 뇌질환 치료, 체내 삽입형 건강관리 기기 등 다양한 바이오 전자소자에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 결과는 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 게재됐다.
용인=정진욱 기자