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뇌 속에 넣을 수 있는 안전한 '신경전극' 나왔다

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뇌 속에 넣을 수 있는 안전한 '신경전극' 나왔다

2017.12.19 17:17
NASA 제공
ETRI 제공

뇌 안에 전극을 꽂아 밖에서 생각을 읽거나, 반대로 뇌 안에 외부 정보를 집어넣을 수 있을까. 이를 위해 반드시 필요한 기술인 안정적 생체 삽입용 신경전극이 국내 연구팀에 의해 개발됐다.


한국전자통신연구원(ETRI)은 내구성이 뛰어나 몸 안에 넣어도 부식되지 않고, 자유롭게 휠 수도 있는 새로운 신경전극을 개발했다고 19일 밝혔다.

 

신경전극은 뇌 속 신경세포가 서로 주고 받는 전기 신호를 감지해 외부에 전달하거나, 반대로 외부에서 인위적인 신호를 뇌에 전달하는 부품이다. 뇌와 컴퓨터 또는 기계를 접속하는 뇌-기계접속(BMI)을 실현할 때나 사지 절단 환자의 재활을 위한 의수, 의족을 만들 때 꼭 필요한 기술로 꼽힌다. 기존에도 신경전극은 개발돼 있었지만, 주로 딱딱한 실리콘 기판을 썼기 때문에 주름진 뇌 안에 붙이기 어려웠고 몸의 거부 반응도 심했다. 휘어지는 전극을 개발하려는 시도도 있었지만 몸 안에서 금속과 기판이 금세 분리되는 문제가 있어 일시적인 동물실험에만 쓰였을 뿐, 장기간 장착이 불가능했다.

 
김용희 한국전자통신연구원(ETRI) 시냅스소자창의연구실 책임연구원팀은 금과 불소계 고분자 재료 사이의 부착력을 강화하는 새로운 기술로 이 문제를 해결했다.

 

연구팀은 먼저 금을 얇게 가공한 뒤 잘라 지름 0.1㎜의 원형 전극을 만들었다. 그리고 불소로 만든 투명한 고분자 필름 위에 부착하고 다시 그 위에 전극 부분에만 구멍을 뚫은 고분자 필름을 덮어 ‘코팅’했다. 이 때 금과 필름, 필름과 필름 사이에 고온의 플라스마를 처리해 표면을 단단히 고정시키거나 융합시키는 방식으로 내구성을 높였다.


김 연구원팀은 완성된 전극을 70℃의 고온과 산성 환경(질산)에 한 시간 이상 담가 극한 환경에서 서로 분리되지 않는다는 사실을 확인했다. 질산은 전극의 안정성을 높이도록 표면처리를 할 때 쓰는 물질이다.

 

또 김민선 원광대 의대팀과 함께 직접 쥐의 뇌에 신경전극을 삽입한 뒤 쥐에게 인위적으로 발작을 일으키는 실험을 해, 쥐의 뇌 신경신호를 제대로 읽어 들인다는 사실도 확인했다.


김 책임연구원은 “동물실험에 쓰이던 방식은 폴리이미드 필름을 썼는데, 체액을 흡수하고, 금과 고분자 필름 사이를 크롬이나 티타늄 등으로 붙여야 해 내구성이 약했다”며 “새 전극은 물리적, 화학적으로 서로 단단히 결합한 형태로 이 문제를 해결했다”며 “체내에서 장기간 삽입이 가능하다”고 말했다.


이 연구는 미국화학회가 발행하는 학술지 ‘응용재료및인터페이스’ 11월 29일자 온라인판에 게재됐다.

 

 

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