국내 연구진이 생체 내에 전극을 넣어도 부식 등 변함없이 장기간 신경신호를 측정하고 세포에 효율적으로 전기 자극을 줄 수 있는 유연한 신경전극 개발에 성공했다.

19일 한국전자통신연구원(ETRI)은 화학적 내구성이 뛰어나고 수분흡수 및 투과가 없으며 생체친화적인 금(Au)과 불소(F)계 고분자로만 구성된 신경전극 개발에 성공했다고 밝혔다.

개발된 신경전극은 화학적 부식요소가 없어 다양한 물질로 구성된 체액에서 장기간 삽입시 안정성을 가진다. 따라서 안정적인 뇌 신경신호를 검출하고 신경조직 자극도 지속적으로 가능하다.

최근 미국에서 손상된 뇌신경에 전극을 심어 1개월 동안 전기 자극을 계속 줘 식물인간인 환자가 깨어나 전 세계를 놀라게 했다. 하지만 환자가 정상이 되려면 대뇌 피질에 삽입한 전극이 내구성이 있어 지속적인 전기신호를 보낼 수 있어야 한다.

실리콘(Si)을 기판으로 하는 전극은 기계적 강도가 강한 대신 생물학적으로 거부반응이 심한 문제점이 있다. 반면에 유연한 고분자를 기판으로 하는 전극은 생물학적 거부 반응은 적지만 고분자 기판과 금속 전극 간 접합에 어려움이 있었다. 통상 크롬(Cr)과 티타늄(Ti)과 같은 접착층이 사용되는데, 이들 접착층은 생체에서 부식되는 문제가 있어 왔다.

ETRI 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위하여 흡습성이 거의 없는 불소(F)계 고분자 필름을 플라즈마 처리하여 금(Au)전극과 접착률을 향상시켰다.

또한, 플라즈마 처리된 불소계 고분자 필름을 녹는점 이하에서 열압착하여 불소계 고분자 간 화학적 결합을 통해 접착력도 키웠다.

연구진은 이를 통해 불소계 고분자 필름으로 보호된 전극의 직경이 100㎛(마이크로 미터)인 16채널 금 신경전극을 제작하였다. 아울러 ETRI는 개발한 유연 신경전극을 섭씨 70℃의 진한 질산에 1시간 이상 담가도 부식되지 않는 화학적 안정성을 확인했다.

연구진은 원광대학교 기초의학팀과 협력, 실험용 쥐 머리에 삽입한 후 약물로 간질을 유도하게 한 뒤 발작 신호를 감지해 신경전극으로서 성능도 확인할 수 있었다.

ETRI 정상돈 시냅스소자창의연구실장은 "향후 전임상(前臨床) 시험을 통해 장기간 생체적합성 확인 후 임상에 적용할 계획"이라며 "관련 기술의 보급은 국내외 뇌 기능의 이해 증진 등 실용화에 기여할 것"이라고 말했다.

원광대학교 의과대학 김민선 교수는 "본 전극은 생체에 삽입하여 근육 및 신경세포의 지속적 전기자극을 통한 뇌 및 심장 기능의 조절에 활용될 수 있다"며 "또한 장시간 경두개 및 경막에 부착하여 뇌 활동성을 측정 및 조절을 할 수 있는 전극으로 다양한 뇌질환의 진달 및 치료에 활용할 수 있는 기초소자로 사용 가능하다"고 밝혔다.

한편, ETRI 연구진은 지난해 말 금(Au)과 이리듐산화물(IrOx)을 이용, 전하주입이 가능한 나노구조 전극을 개발했는데 이번 플렉시블 전극 개발에 적용한 것으로 알려졌다.

황두연 기자  dyhwang@jeonpa.co.kr

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