KAIST, 광유전학·광 치료 연구 위한 유연하고 투명한 전극 핵심 기술 개발

머니투데이

대전=허재구 기자

카이스트(KAIST)는 전기 및 전자공학부 이현주 교수와 이정용 교수, 의과학대학원 이정호 교수가 참여한 공동연구팀이 폴리머 전기방사 기술을 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 공정에 접목, 실시간으로 뇌피질 전도 측정이 가능한 투명하고 유연한 미세전극 어레이(배열)를 제작하는데 성공했다고 15일 밝혔다.

이번에 개발된 뇌피질 전도 미세전극 어레이는 기존의 불투명한 금속 전극과는 달리 빛에 의해 발생하는 잡음 신호가 매우 작고 자유로운 빛의 전달이 가능해 광유전학 및 광 치료 연구에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

(a) 뇌피질 전도 측정용 유연 투명 미세전극 어레이 모식도 (b) 개발된 뇌피질 전도 측정용 유연 투명 미세전극 어레이./사진제공=KAIST

이는 높은 투과도를 지니고 있어 '포토일렉트릭 아티팩트(금속 전극이 빛을 받으면 전극에 전위차가 생겨 전류가 흐르는 현상에 의해 발생하는 잡음신호)'가 매우 약하고 또 빛의 전달이 매우 용이하기 때문에 다른 투명 미세전극 어레이와 비교해 보면 전기화학 임피던스가 낮아 뇌피질 전도 측정이 매우 유리하다.

연구팀은 자체개발한 유연·투명한 미세전극 어레이 성능평가를 위해 외부 변형에 따른 저항 변화와 전기방사 시간에 따른 전기화학 임피던스, 전하 저장 용량 등을 측정한 결과 전극 자체의 특성을 쉽게 조절이 가능한 점 등 여러 면에서 우수한 성능을 보였다고 설명했다.

실제 연구팀이 미세 전극에서 발생하는 '포토일렉트릭 아티팩트'를 비교 분석한 결과 10배 이상 감쇄 효과가 있음을 확인했다.

이와 함께 쥐 뇌의 다양한 피질 영역에 걸쳐 유연·투명한 미세전극 어레이를 위치시킨 후 광 자극을 통해 발생하는 뇌피질 전도 신호를 측정한 결과 신호를 정량적으로 비교하고 빛이 원활하게 전달되는 현상을 관측하는데도 성공했다.

이현주 교수는 "현재 이 신기술을 기반으로 광 자극과 함께 정확한 뇌피질 전도를 실시간으로 측정할 수 있는 미세전극과 미세광원이 집적된 다기능성 미세전극 어레이 개발을 위한 후속연구를 진행 중" 이라며 "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 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'의 7월 2일자에 표지논문으로 선정됐다.