전자전기공학부 원상민 교수 연구팀,
생체이식 후 영구적으로 작동하는
초고해상도 뇌파 측정 센서 개발
- 뇌, 심장 관련 난치병 질환의 원인 분석 및 획기적인 치료 기대
- 초박막 반도체 회로를 적용한 고집적 센서 개발
- 국제 저명학술지인 Science Translational Medicine에 4.8(수) 게재

전자전기공학부 원상민 교수 연구팀은 예상 수명이 70년을 넘는 영구삽입형 뇌파 측정 센서를 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 해당 센서를 뇌에 이식한 후 1,000개가 넘는 전극에서 고해상도 뇌파를 측정하는 데 성공하였다. 본 연구는 연세대학교 유기준 교수, 미국 듀크대학 Jonathan Viventi 교수, 노스웨스턴대학 John Rogers 교수와 국제 공동으로 진행되었다. 

[그림1] 체내 영구 삽입형 능동형 플렉서블 전자소자 (좌), 전자소자의 층상 구조 (우)

뇌에 직접 삽입하여 다양한 자극을 주거나 명확한 뇌파를 측정할 수 있는 생체삽입형 소자가 최근 주목받고 있다. 그러나 기존 소자의 전극 개수(100여 개)는 뇌파의 근원지인 뉴런의 개수(100억 개 이상)보다 현저히 적어 제한된 정보만을 얻을 수 있었고, 단단하고 부피가 커서 부드럽고 곡면구조의 뇌의 계면과 결합하는 데 한계를 보였다. 유연하고 신축성이 있는 재료 기반의 소자를 이용하면 뇌의 곡면구조와 결합하는 데 유리할 수 있으나, 많은 전극의 개수를 가지는 복잡한 회로는 생체 삽입 후 체액의 침투로 인해 쉽게 고장을 일으키기 쉬우므로 삽입형 고해상도 뇌파 센서는 난제로 여겨졌다. 

본 연구에서는 생체이식 후 영구적으로 고해상도 뇌파 측정이 가능한 유연 전자소자를 최초로 개발하였으며, 영장류인 원숭이 뇌에 삽입 후 다양한 환경에서 뇌파의 변화를 측정하였다. 특히 얇은 박막 구조의 이산화규소 보호막은 결함 없이 체액의 침투로부터 소자를 완벽하게 보호하여, 뇌파 센서는 고장 없이 70년 이상의 삽입 수명을 가질 수 있었다.  

[그림2] 플렉서블 전자소자를 원숭이 뇌에 임플란트하여 획득한 초고해상도 뇌파 측정 데이터

해당 기술은 지금까지 뇌과학 연구에서 난제로 여겨졌던 생체삽입형 초고해상도 유연 소자의 영구적인 작동을 세계 최초로 구현하였으며, 이를 통해 뇌, 심장 관련 난치병 질환의 원인 분석 및 획기적인 치료가 가능할 전망이다. 또한 뇌 관련 연구 및 미래 산업 발전에도 큰 영향을 끼칠 것으로 예상된다. 

본 연구결과는 국제 융합연구 최고 권위지인 사이언스 트랜슬레이셔널 메디슨(Science Translational Medicine)에 4월 8일(수) 게재되었다.
    ※ 논문명: Development of a neural interface for high-definition, long-term recording in rodents and nonhuman primates (Science Translational Medicine)