KAIST, 뇌 삽입 가능한 ‘뉴럴 프로브’로 개발
생체친화성 갖고, 빛으로 뉴런 자극 치료 기대

KAIST가 개발한 마이크로 OLED 집적 뉴럴 프로브를 형상한 논문. KAIST 제공

국내 연구진이 얇고 유연한 생체 삽입형 마이크로 유기발광다이오드(OLED)를 뇌에 넣어 빛 자극으로 뉴런 활성을 조절할 수 있는 의료기술을 개발했다. 다양한 뇌질환 원인 규명과 난치성 뇌질환의 새로운 치료법으로 활용될 것으로 기대된다.

KAIST는 최경철·이현주 전기및전자공학부 교수팀이 정은교 인천대 전자공학부 교수팀과 공동으로 유연한 마이크로 OLED가 집적된 광유전학용 ‘뉴럴 프로브’ 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

광유전학은 빛에 반응하는 광 단백질이 발현된 뉴런에 특정 파장의 빛 자극을 가해 뉴런 활성을 조절하는 기술이다. 지금까지 외부 광원의 빛을 깊은 뇌 영역까지 전달하기 위해 유연한 광섬유나 초미세 광원 집적 뉴런 프로브 등의 관련 연구가 진행돼 왔다.

연구팀은 마이크로 OLED에 주목했다. 높은 공간적 해상도와 유연성을 가진 마이크로 OLED는 매우 작은 영역의 뉴런에서도 정확하게 빛을 조사할 수 있어 뇌 회로를 세밀하게 분석할 수 있고, 동물의 움직임에 불편함을 주지 않는 장점이 있다. 미세한 파장 조절을 통해 정밀한 빛 조절이 가능해 다중 자극을 통한 복잡한 뇌 기능 연구에도 적합하다.

다만, 마이크로 OLED는 체내 수분과 물에 의해 전기적 특성이 쉽게 열화되기 때문에 생체 삽입형 장치로 활용하는 데 한계가 있다.

연구팀은 산화알루미늄과 생체 친화 재료인 파릴렌으로 구성된 초박막 유연 봉지막을 얇은 탐침 형태로 패터닝했다. 봉지막은 소자를 산소와 물 분자로부터 완전히 차단하고, 봉지막과 동일한 생체 친화 재료인 파릴렌은 생체 환경에서 OLED의 안정적 구동과 조직 손상을 최소화하도록 돕는다.

연구팀은 인접한 OLED 화소(픽셀) 간 전기 간섭 현상을 방지하고, 각 화소를 공간적으로 분리하기 위해 ‘화소 정의막’을 도입해 8개의 마이크로 OLED가 독립적으로 구동하도록 구현했다. 또한 소자 내 다중 박막층의 잔류 응력과 두께를 정밀하게 조절해 생체 환경에서 유연성을 유지하도록 설계함으로써 바늘 같은 외부 보조 장치 없이 생체 삽입이 용이하도록 했다.

이를 통해 광출력이 높으면서 소자 수명이 10년 이상 유지되는 마이크로 OLED 집적 뉴럴 프로브 구동에 성공했다.

제1저자인 이소민 KAIST 연구원은 “고유연·고해상도의 마이크로 OLED를 얇은 유연 탐침 위에 집적하는 세부 공정 및 생체 적용성, 친화성 향상에 집중했다”며 “유연 OLED가 인체 삽입형 측정 및 치료 의료기기로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다”고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(지난 3월 26일)’ 온라인에 실렸다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr

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