KAIST, ‘거꾸로 공정’으로 맞춤형 3D 뇌신경 칩 구현

3D 프린팅·모세관 현상 결합한 신기술… 뇌 연구·바이오컴퓨팅 새 지평

체외에서 배양한 뇌 신경조직은 뇌 연구와 약물 실험의 대표적 모델로 쓰여 왔지만, 기존 장치는 반도체 공정 기반으로 제작돼 입체적 구조 구현에 한계가 있었다. KAIST 연구진은 이를 해결하기 위해 공정 순서를 ‘거꾸로 뒤집는’ 역발상으로 접근했다.

바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀은 3D 프린터로 빈 통로 구조를 먼저 만든 뒤, 그 통로를 전도성 잉크가 모세관 현상으로 채우게 하는 방식으로 맞춤형 3D 뇌신경 칩을 완성했다. 이를 통해 기존보다 훨씬 자유로운 설계와 다양한 형태 구현이 가능해졌다.

새롭게 개발된 플랫폼은 프로브형, 큐브형, 모듈형 등 다양한 형태의 칩 제작을 지원한다. 또한 그래파이트, 전도성 폴리머, 은 나노입자 등 여러 재료 기반 전극을 제작할 수 있어 확장성이 크다.

연구팀은 이 기술을 통해 3차원 신경 네트워크 내부와 외부에서 발생하는 신호를 동시에 측정할 수 있음을 입증했다. 이는 신경세포 간 상호작용과 연결성을 정밀하게 분석할 수 있는 기반을 마련하는 성과로, 향후 뇌질환 연구와 바이오컴퓨팅 응용에도 활용될 전망이다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 『Advanced Functional Materials』 온라인판(6월 25일자)에 게재됐다. 논문명은 *“Highly Customizable Scaffold-Type 3D Microelectrode Array Platform for Design and Analysis of the 3D Neuronal Network In Vitro”*로, 제1저자는 윤동조 박사(박사후연구원), 교신저자는 남윤기 교수다. 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 글로벌 기초연구실사업의 지원을 받아 수행됐다.

남윤기 교수는 “3D 프린팅과 모세관 현상을 결합해 신경칩 제작의 자유도를 크게 확장했다”며 “이번 성과는 기초 뇌과학 연구는 물론 세포 기반 바이오센서와 바이오컴퓨팅 같은 응용 분야에도 중요한 토대가 될 것”이라고 말했다.

이번 성과는 평판형 전극칩 중심의 기존 연구 틀을 넘어, 입체적 신경 네트워크의 기능과 특성을 정밀하게 분석할 수 있는 혁신적 플랫폼을 제시했다. KAIST 연구팀이 선보인 역발상 공정은 뇌 연구와 차세대 신경 인터페이스 개발에 새로운 가능성을 열며, 세계 뇌과학·바이오공학 연구의 흐름을 선도할 수 있는 중요한 성취로 평가된다.

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