한국연구재단(이사장 이광복)은 유기준 연세대 교수팀 등이 뇌 신경을 빛으로 자극하고 동시에 뇌에서 나오는 파형을 기록할 수 있는 생체 삽입형 투명전극을 저비용, 고효율로 제작할 수 있는 공정을 개발했다고 15일 밝혔다.
기존에는 투명 그래핀, 그물이나 다공성 구조 금속을 생체 삽입형 소자 전극 소재로 활용했지만, 고온 공정 및 추가 필름 위 전사 방식을 써 공정이 복잡했다.
이에 전극 소재로 구조적 다변성을 지녀 저온에서도 전기 전도성을 제어할 수 있고 스핀 코팅 공정이 가능해 제작이 쉬운 전도성 고분자(PEDOT:PSS)에 대한 관심이 이어졌다. 하지만 물에 취약해 패턴 공정에 한계가 있었다.
연구팀은 기존 패턴 공정 중 포토 공정 이후에 박막을 형성하는 리프트-오프 공정 기법을 도입해 전도성 고분자의 특성을 고려한 단층 패턴 공정을 크게 단순화했다.
나아가 이렇게 만들어진 전도성 고분자 배열을 단순히 첨가제(EG)에 담그는 방식으로 코일처럼 복잡하게 배열된 전도성 고분자를 선형으로 변환, 전하가 지날 수 있는 통로를 확보해 전도성을 크게 높였다.
제작공정 단순화와 전도성 향상은 물론 노이즈 없는 투명성도 최대로 확보해 기존 전극으로는 확보할 수 없던 세포 구조적 활동을 확인, 뇌조직 이미징 가림 현상을 해소했다.
나아가 이렇게 제작된 고분자 기반 투명전극을 실제 쥐 뇌 대뇌피질에 삽입, 빛으로 대뇌피질을 자극하는 데 성공했다. 질환 모델 생쥐에 뇌전증 발작을 일으키는 약물을 주입함으로써 뇌 전기생리학적 신호를 정확하게 측정하는 투명전극의 성능을 확인했다.
개발 투명전극 투명도는 ~87%로 금속을 기반으로 하는 기존 전극의 투명도 ~30%에 대비 큰 차이를 보여준다.
이런 투명도는 빛이 금속 표면과 만남으로 인해 생성되는 전기에너지가 잡음을 발생시켜 정확한 전기생리학적 측정을 어렵게 하는 '광전 아티펙트' 문제를 해소했다.
특정 파장의 빛을 신경세포에 전달하여, 표적 신경세포의 전기적 활성을 개별적으로 조절하려는 광유전학(Optogenetics)의 진보를 위한 중요한 도구가 될 것으로 기대된다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
