KAIST, 세계 최소형 ‘완전 무선 뇌 임플란트’ 개발… 소금 알갱이보다 작은 MOTE, 1년간 안정적 뇌파 측정 성공

배터리 없이 빛으로 작동하는 100µm급 뉴럴 임플란트… 치매·자폐·파킨슨 연구 새 전기 열어

KAIST와 싱가포르 난양공대, 미국 코넬대 공동 연구진이 소금 결정보다 작은 크기의 완전 무선 뇌 임플란트 ‘MOTE(Micro-Scale Opto-Electronic Tetherless Electrode)’를 개발하며 뉴럴 인터페이스 기술의 한계를 새롭게 돌파했다. 이 임플란트는 가로·세로 수십 µm, 두께 100µm 이하, 부피 1 나노리터 이하로 기존 어떤 무선 뉴럴 임플란트보다 작으며, 뇌 속에 삽입된 채 1년 동안 안정적으로 뇌파를 측정하는 데 성공했다. 연구 성과는 뇌 신호를 장기간, 저침습 방식으로 기록하기 위한 기술적 난관을 근본적으로 해결한 사례로 평가된다.

MOTE는 기존 뉴럴 임플란트가 지녔던 두꺼운 유선 연결, 발열, 염증 반응 문제를 해결하기 위해 완전 무선 구조로 설계되었다. 배터리 없이 외부에서 들어오는 빛을 전력으로 변환해 동작하며, 신호는 ‘펄스 위치 변조(PPM)’ 방식으로 빛에 실어 다시 외부로 송신한다. 이 방식은 전력 소모를 극도로 줄여 장기간 안정적인 측정을 가능하게 하고, 배터리 교체나 충전이 필요 없어 생체 적합성 역시 크게 향상된다. 연구팀은 자체 제작한 초미세 마이크로 LED(µLED)와 CMOS 기반 초소형 회로를 결합해 실리콘 칩 수준의 안정성과 강도를 확보했다.

연구팀은 초소형 MOTE를 생쥐 뇌에 이식해 1년 동안 장기 실험을 수행했으며, 그 과정에서 임플란트 주변에서 염증 반응이 거의 나타나지 않았다. MOTE의 미세한 크기와 특수 표면 코팅은 생체 조직 손상을 최소화하며, 오랜 기간 신호 품질 저하 없이 안정적으로 뇌파 데이터를 얻을 수 있음을 입증했다. 이는 초소형 임플란트가 신경퇴행성 질환 연구·장기 모니터링 치료 시스템의 핵심 기술로 활용될 수 있음을 처음으로 확인한 사례다.

연구를 주도한 이선우 교수는 이번 기술이 ‘단순한 소형화 수준을 넘어, 지금까지 가능한 것으로만 예상되던 완전 무선·초소형 임플란트를 현실로 구현한 것’이라고 평가했다. 또 이 기술이 뇌과학 연구뿐 아니라 치매·파킨슨병·자폐 등 신경계 질환 모니터링, 장기기록 기반 치료 기술, 궁극적으로는 차세대 AI–뇌 인터페이스 플랫폼까지 확장될 수 있다고 전망했다. 해당 연구는 Nature Electronics 온라인판에 게재되며 세계적 학술적 가치를 인정받았다.

이번 성과는 KAIST 신소재공학과와 난양공대 전자과, 코넬대 전자공학 연구진이 긴밀히 협력해 이루어낸 결과다. 그림 자료에는 소금 결정 위에 놓인 MOTE와 이식 후 296일이 지난 생쥐 뇌 속 MOTE가 비교되어 초소형 크기와 생체 적합성을 시각적으로 확인할 수 있다. 연구는 미국 NIH, 싱가포르 NRF·교육부, ASPIRE League Seed Fund 등 국제 연구기관의 지원으로 수행되었다.

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