치매 등 뇌질환 광치료 위한 '미세전극' 개발

[아시아경제 황준호 기자] 치매, 간질, 수면장애 등 뇌 질환의 원인을 찾아내고 치료법을 개발하기 위한 광 자극에도 뇌피질 전도를 실시간 측정할 수 있는 전극을 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국과학기술원은 이현주 전기및전자공학부 교수와 이정용 교수, 이정호 의과학대학원 교수 등 공동 연구팀이 폴리머 전기방사 기술을 미세 전자 기계시스템 공정에 접목해 실시간 뇌피질 전도를 측정할 수 있는 미세전극 어레이(배열)를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구 결과는 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈에 최근 실렸다.

연구팀은 1만개 이상의 분자로 이뤄진 화합물인 폴리머 용액에 고전압을 가해 나노섬유를 생산하는 기술을접목해 미세전극을 뽑아내는 기술을 개발했다. 이 전극은 기존 뇌 연구를 위해 사용되고 있는 금속 박막 전극을 대체할 새로운 전극으로 평가받는다.

연구팀은 외부 변형에 따른 저항 변화와 전기방사 시간에 따른 전기화학 임피던스, 전하 저장 용량 등 다양한 측면에서 우수한 성능을 나타냈다고 밝혔다. 특히 이 전극에서 발생하는 '포토일렉트릭 아티팩트'를 측정하니 기존 전극보다 10배 이상 감쇄 효과가 있었다. 또 투명하고 유연해 뇌의 깊은 곳까지 빛을 전달하는 것도 가능하다.

그림(a)는 외부 변형에 따른 저항의 변화를 비교한 그래프이며, (b)는 전기방사 시간에 따른 전기화학 임피던스 변화 비교를, (c)는 광자극에 의한 잡음 신호 크기 비교를, (d)는 광자극 세기에 따른 잡음 신호 크기를 비교한 그래프다.

기존 전극은 높은 반사도와 낮은 투과도 때문에 빛의 전달을 방해하거나, 빛을 쬘 때 베크렐 효과(금속 전극이 빛을 받으면 전극에 전위차가 생겨 전류가 흐르는 현상)가 발생해 '포토일렉트릭 아티팩트'라는 잡음 신호가 발생했다. 이에 따라 뇌가 빛을 인식하고 발생하는 생리 신호를 측정하기가 어려웠다.

연구팀은 이 전극을 기반으로 광 자극과 함께 정확한 뇌피질 전도를 실시간으로 측정할 수 있는 미세전극과 미세광원이 집적된 다기능성 미세전극 어레이 개발을 진행하고 있다. 광원과 전극이 함께 집적된 다기능성 소자 개발에 성공할 경우 광유전학이나 광 치료 등의 연구를 진행하는 뇌과학자들이 편하게 사용할 수 있는 뉴로 툴(Tool) 개발로 이어질 것이라는 게 연구팀 측 설명이다.

이현주 교수는 "기존에는 광전 효과로 인해 불가피하게 발생하는 잡음 신호로 인해서 광 자극과 동시에 뇌피질 전도 측정이 불가능했지만 유연하고 투명한 미세전극 개발을 계기로 광 자극과는 무관하게 실시간으로 뇌피질 전도 측정이 가능하게 됐다"고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr