[비욘드포스트 이봉진 기자] 단국대학교 기계공학과 송지현 교수 연구팀이 체내 신경 신호를 측정하고 전기 자극을 전달하면서 빛까지 통과시킬 수 있는 투명하고 유연한 초소형 생체전극을 개발했다. 차세대 뇌·신경 치료와 체내 삽입형 의료기기 발전에 새로운 전기가 마련될 것으로 기대된다.
단국대는 송 교수팀이 미국 코네티컷대학교(UConn), 성균관대학교 연구진과 공동 연구를 통해 몸속 체액 환경에서도 오랫동안 안정적으로 작동하는 초소형 생체전극을 구현했다고 밝혔다. 단국대 연구팀은 이번 연구에서 기능성 재료 설계와 전기수력학(EHD) 프린팅 공정 및 소자 제작을 주도적으로 수행했다.
생체전극은 체내 신경에서 발생하는 미세한 전기신호를 감지하거나 역으로 전기 자극을 주는 핵심 장치다. 하지만 기존 기기들은 장기간 사용 시 체액 속 이온이 전극 내부로 침투해 성능이 저하되는 문제가 있었다. 또한 전극 자체가 딱딱해 부드러운 생체 조직에 손상을 줄 수 있다는 점도 한계로 지적돼 왔다.
연구팀은 이러한 단점을 극복하기 위해 전기적인 힘을 이용해 기능성 재료를 원하는 위치에 정밀하게 쌓아 올리는 ‘EHD 프린팅’ 기술을 도입했다. 기판과 전기가 흐르는 전도층, 전극을 보호하는 보호층을 순차적으로 적층한 뒤 프린팅 및 건조 조건을 정밀하게 조절했다. 그 결과 얇고 유연하면서도 체액의 침투를 효과적으로 막아내는 전극을 개발하는 데 성공했다.
연구모식도_몸속에서 신경 신호를 측정하고 전기 자극을 전달하면서 빛까지 통과시킬 수 있는 투명하고 유연한 초소형 생체전극. (사진제공=단국대)
새로 개발된 전극은 60% 이상의 빛을 통과시키면서도 안정적인 전기적 성능을 유지하는 것이 특징이다. 반복적인 휘어짐이나 물리적 자극에도 성능 저하가 없었으며, 특히 가속 노화시험 결과 약 7.2년에 달하는 장기 체내 삽입 안정성을 입증했다.
송지현 교수는 “이번 성과는 고비용의 복잡한 반도체 공정을 거치지 않고, 초정밀 EHD 프린팅 기술만으로 체내에서 장기간 작동하는 투명하고 유연한 생체전극을 구현했다는 점에서 의미가 크다”고 강조했다. 이어 “향후 신경 인터페이스 기술은 물론, 빛을 이용한 뇌 질환 치료 기기와 체내 삽입형 헬스케어 기기 등 다양한 바이오 전자 소자 분야에 널리 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구 결과는 재료 과학 분야의 권위 있는 국제학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF=19)’에 게재됐으며, 해당 연구는 한국연구재단의 ‘우수연구 신진연구’ 지원 사업을 통해 수행됐다.
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