다공성 나노 섬유 기반의 신경전극 제작 과정. /사진=KIST국내 연구진이 말초신경계의 신경신호를 장기간 안정적으로 측정할 수 있는 생체이식형 신경전극 개발에 성공했다. 이 기술은 신경 장애의 치료를 위해 사용되는 신경 신호 감지 및 제어 시스템 연구에 도움이 될 전망이다.
한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템연구단 이수현 박사팀은 경희대학교 치과재료학교실 권일근 교수팀, 건국대학교 수의과대학 도선희 교수팀과 공동 연구를 통해 스펀지 형태의 다공성 나노섬유구조체 표면에 은 나노 입자를 잉크젯 프린팅 방식으로 전사한 신경 전극 개발에 성공했다. 연구진은 개발한 이 신경 전극이 말초신경계의 신경 신호를 장기간 동안 안정적으로 측정 가능하다고 밝혔다.
최근 신경치료는 생체 신경 신호의 측정 및 자극이 가능한 이식형 신경 전극을 삽입하는 치료 방법이 주목받고 있다. 하지만 기존의 이식형 신경 전극의 경우, 실리콘이나 고분자 필름으로 하부 구조를 제작해 체내에 이식이 된 후에 신경에 충분한 영양소 및 산소공급이 힘들었으며, 신경 조직에 비해 상대적으로 기계적 강도가 높아 이식부위에 기계적 부조화에 의한 상처가 발생하기 쉽다. 또한 체내에서 이물반응에 의한 염증으로 신경 전극이 주변 조직과 차단되어 장기간 신경신호 검출이 어렵다는 한계가 있었다.
이번에 신경 전극의 유연성과 물질 투과성을 크게 향상시키면서 전기적으로 높은 감도를 갖는 신경 전극을 개발하였다. 이를 위해 나노섬유(Polyimide, 폴리이미드)를 이용하여 신경 전극의 하부구조를 만들고, 그 위에 은 나노입자를 잉크젯 프린팅 방식으로 전사했다. 그리고 전사된 은 나노입자 위에 전기적인 성능을 개선하기 위해서 전도성 고분자를 증착했다. 이렇게 제작된 신경 전극은 체내 이식 후, 신경 변형이나 위축 등 아무런 손상이 발생하지 않은 것을 확인하였다. 이수현 박사는 “이번 연구로 중추 및 말초신경계 장애인을 치료할 수 있는 안정적인 신경신호 검출과 기록이 가능하다”라고 말했다.
미래창조과학부의 공공복지안전연구사업 및 KIST 기관고유사업의 지원으로 이뤄진 이번 연구결과는 미국화학학회(ACS)에서 발간하는 나노 분야 국제학술지 ACS NANO에 2월 14일자 온라인 판에 게재되었다.
KIST 뇌과학연구소 이수현 박사. /사진=KIST
