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레이저 공정을 통해 제작된 본 연구팀의 하이드로젤 패턴, 젖은 환경에서도 기판과 강하게 결합되어 있다. 자료=서울대 제공 |
[대학저널 온종림 기자] 젤리처럼 부드러운 전도성 하이드로젤로 만든 미래형 인체삽입형 뇌-컴퓨터 인터페이스 생체 전극이 개발됐다.
서울대학교 고승환 교수 카이스트 김택수 교수 공동연구팀 (공동 제1저자 원대연 박사, 공동 제 1저자 김형준 박사)은 머리카락두께의 20배 수준의 얇고 부드러운 하이드로젤을 전기가 잘 통하게 패터닝 할 수 있는 기술을 개발했다.
올해 일론 머스크의 뉴럴링크가 사람을 대상으로 임상실험에 돌입했으며, 환자의 생각만으로 컴퓨터의 마우스를 움직이는데 성공했다. 하지만 이를 위해 뇌에 삽입되는 뇌-컴퓨터 연결소자는 생체조직과 달리 단단하고, 건조해 장기간 체내 삽입 시 부작용이 우려되며, 최근 첫 사람대상 임상 시험 중 면역 방어 때문에 문제가 생겼었고, 뉴럴링크의 실험에 사용된 원숭이들이 2022년 집단 폐사한 사건이 잘 알려져 있다.
이를 해결하기 위해 전 세계에서 생체조직과 같이 부드러운 젤리 타입의 전도성 하이드로젤을 이용한 생체 삽입소자를 앞다퉈 개발하고 있다. 다만, 작은 뇌세포에서 나오는 신호를 정밀하게 읽어내기 위해서는 하이드로젤을 미세 패터닝할 수 있어야 하나 흐물흐물한 성질의 하이드로젤을 수 마이크론미터로 패터닝하는 기술은 개발이 어려운 실정이다.
이에 연구팀은 전기전도성 고분자를 기반으로 한 흐물흐물한 하이드로젤을 머리카락의 20배 수준의 두께로 패터닝함과 동시에 세계 최고 수준의 전기전도도를 확보할 수 있는 공정을 개발했다. 연구팀은 전도성 고분자와 투명한 기판의 계면에 레이저 광열에너지를 집중시킴으로써 두 소재 사이의 강한 결합을 만들었고, 레이저에 의한 전도성 고분자의 상 분리***를 통해 부드러운 하이드로젤로의 변성을 유도했다.
레이저의 높은 해상도와 자유도를 통해 원하는 위치에만 기판과의 강한 접합을 유도할 수 있으며 초미세 패터닝이 가능할 뿐만 아니라 축축한 생리학적 환경에서 손으로 비비고 잡아당기고, 구기더라도 패턴이 안정적으로 남아있게 됨을 증명했다. 개발된 공정으로 개발한 하이드로젤 뇌-컴퓨터 인터페이스 생체 전극은 쥐의 머리에 삽입되어 3주동안 안정적으로 뇌 신호를 컴퓨터로 전송시키는데 성공했을뿐만 아니라 강한 접합특성으로 인해 한번 사용한 전극을 강력한 초음파 세척기로 세정하더라도 안정적으로 재사용까지 할 수 있었다.
서울대 고승환 교수는 이번 연구성과에 대해 “일론 머스크의 뉴럴링크의 안정성 문제를 해결하고 더 나아가 뛰어넘을수 있는 차세대 인체 삽입형 생체 전극의 새로운 패러다임 제시하는 것”이라고 설명했다.
이번 연구 성과는 재료 분야 국제 저명학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 6월 28일 게재됐다.
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