면역 반응 억제·초고해상도 신호 구현…파킨슨병 치료·BCI 실용화에 전기 마련

부산대학교 연구진이 생체 적합성과 해상도를 동시에 갖춘 차세대 뇌 신경 전자소자를 개발해, 뇌 신호를 정밀하게 기록하고 실시간으로 자극까지 줄 수 있는 ‘다기능형 신경 인터페이스’ 구현에 성공했다. 이 기술은 뇌 질환 치료와 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 실용화에 결정적인 기여를 할 것으로 평가받고 있다.

홍석원 교수(광메카트로닉스공학과)와 신화경 교수(한의학전문대학원) 공동연구팀은 두께 3.6마이크로미터(㎛)의 유연한 신경 프로브를 개발해, 마우스 뇌 깊은 부위에서 32채널 신호를 고해상도로 기록하고 자극하는 데 성공했다고 6월 11일 밝혔다. 이 신경 프로브는 뇌와 같은 연조직에 부드럽게 적응하면서도 정밀한 신호 측정이 가능해, 신경과학 및 치료기기 분야의 혁신을 예고하고 있다.

키리가미 구조 + 라미닌 코팅…염증 최소화·기계 적응력 향상

이번 전자소자는 반도체 공정에 활용되는 SU-8 포토레지스트를 기판과 절연 보호막으로 사용하고, 금(Au) 전극과 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 샌드위치처럼 쌓아 초박막 복합체를 구현했다. 여기에 일본 전통 종이공예 기법인 ‘키리가미(kirigami)’ 구조를 적용해 뇌의 미세 움직임에도 유연하게 적응할 수 있도록 설계했다.

특히 염증 반응을 억제하기 위해 라미닌을 코팅한 결과, 면역세포의 염증 단백질 수치가 25~30% 감소했고, 세포 손상 유발 물질인 활성산소(ROS)도 현저히 줄어든 것으로 나타났다. 이는 장기 삽입 시에도 안정적인 신호 기록이 가능함을 입증한다.

연구진은 해당 소자를 마우스의 뇌 시상하부에 삽입해 뇌 신호를 실시간 측정하고, 신경전달물질(카바콜) 주입 시 반응 변화를 추적했다. 나아가 파킨슨병 모델 마우스 대상 심부 뇌 자극(DBS) 실험에서는 자극 전후 전기 신호가 확연히 달라졌으며, 운동 기능도 개선됐다. 이는 기존 실리콘 전극보다 안전하고 효과적인 자극 전달이 가능함을 보여준다.

정정화 박사과정생은 “기존 전극은 뇌 조직과의 물리적 차이로 인해 염증 유발 문제가 컸지만, 이번 소자는 유연성과 안정성을 동시에 확보했다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 세계적 재료과학 저널인 『Advanced Functional Materials』(IF: 19.0) 6월 5일자에 표지 논문으로 선정됐다. 특히 일론 머스크가 이끄는 뉴럴링크(Neuralink) 등 글로벌 BCI 기업들이 주목하는 ‘고해상도·저염증’ 기술 과제를 동시에 해결했다는 점에서 학계와 산업계의 큰 관심을 받고 있다.

• 논문명: Biomimetic Design of Biocompatible Neural Probes for Deep Brain Signal Monitoring and Stimulation
• DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202417727

향후 광섬유, 미세 약물 주입, 무선 전력전송 모듈 등과 결합해 ‘다기능 뇌 인터페이스 플랫폼’으로의 확장이 가능하다는 점도 큰 기대를 모은다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 선도연구센터, 집단연구지원사업의 지원을 받아 수행되었다.

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