이에 앞으로 장기간(長期間) 이식이 필요한 뇌질환 치료용 전극 등 뇌와 기계의 연결이 필요한 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다.
뇌 전극은 뇌의 활동을 측정하고 뇌와 기계를 연결하는 중요한 역할을 한다.
그러나 기존의 뇌 전극은 반도체 회로 칩의 재료인 실리콘(silicon)처럼 단단한 재료를 뇌에 꽂아야 하는 형태로 만들어지거나 얇은 플라스틱 고분자로 만들어졌다.
이 때문에 유연성이 부족하거나 또는 얇게 만들어 유연성을 확보할 경우 안정성 문제가 발생해 오랜 시간 동안 사용하기 어렵다는 한계가 있었다.
이에 김 교수팀은 플라스틱 고분자 재료에 비해 훨씬 부드러운, 고무처럼 말랑하고 탄성이 있는(elastic) 재료를 사용해 굴곡진 뇌 표면에 매우 잘 밀착되면서도 수십 마이크로미터 두께를 갖춰 다루기가 훨씬 쉬운 뇌 전극을 개발했다.
이 같이 부드럽고 말랑한 탄성 재료로 만들어진 뇌 전극은 뇌 조직과 기계적, 물리적 특성이 유사하다는 장점에도 불구하고 체내 환경에서의 안정성에 의구심이 제기돼 왔었다.
그러나 김 교수 연구팀은 8개월간의 가속노화실험을 통해 전극이 체내에서 장기간 사용될 때에도 뇌 신호 측정 성능을 유지할 수 있음을 확인했다.
김 교수는 "부드럽고 유연한 성질 덕분에 굴곡진 뇌 표면에 매우 잘 밀착되면서도 다양한 이온과 수분이 다량 존재하는 체내 환경에서도 안정적으로 성능 유지가 가능한 뇌 전극을 개발했다"며 "뇌 조직을 침습하지 않는 뇌-기계 인터페이스(BMI), 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)뿐 아니라 수년에 이르는 장기간 동안 사용이 필요한 전자약 의료기기의 핵심기술로 활용 가능할 것이다"고 말했다.
한편 이번 연구에는 김 교수가 교신저자로, 미국 MIT 기계공학과 문현민 박사와 DGIST 로봇및기계전자공학과 장재원 박사과정, 박수미 졸업생이 공동제1저자로 참여했다.
또 오송첨단의료산업진흥재단 김중현 박사, 건국대병원 김준식 교수와의 공동연구 결과물이다.
이번 연구 결과는 지난해 12월4일 계측 분야 최상위 국제학술지인 센서 앤 액츄에이터 B: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical) 지에 온라인 발표됐다.
연구는 과학기술정보통신부 뇌과학원천기술개발사업, 중견연구자지원사업, DGIST 기본사업의 지원으로 수행됐다.
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