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한국과학기술원(KAIST) 이현주·이정용·이정호 교수 공동연구팀이 잡음 신호를 최소한으로 줄여 '뇌피질전도'(ECoG·ElectroCorticoGram) 측정이 가능한 투명한 미세전극을 개발함.

최근 광유전학 분야에서 뇌의 특정 영역에 자극을 준 뒤 그에 따른 전기 신호를 읽어냄으로써 뇌 회로를 이해하기 위한 연구가 활발히 진행됨. 수면 장애와 알츠하이머병 등 치료에도 광유전학 기법이 쓰임.

특히 뇌피질전도 기술은 대뇌피질의 표면에 전극 센서를 장착해 생리 신호를 측정하는 기술로, 침습을 최소화할 수 있는 방법으로 주목받음.

하지만 신호 측정을 위해 사용하는 금속 전극의 높은 반사도와 낮은 투과도로 인해 빛의 전달을 방해할 뿐만 아니라 잡음 신호가 발생한다는 한계가 있음.

연구팀은 반도체 제조공정에 쓰이는 미세가공 기술인 '미소 전자기계시스템'(MEMS·Micro Electro Mechanical Systems)을 이용해 투명하고 유연한 미세전극을 제작했음.

여기에 폴리머(고분자 중합체) 전기방사(electron spinning) 기술을 이용, 폴리머를 실처럼 얇게 퍼뜨려 미세전극 어레이(배열)를 구현했음.

이번에 개발한 미세전극은 투과도가 높아 빛의 전달이 쉽고 잡음 신호도 적음.

다른 투명 미세전극에 비해 전기화학적 '임피던스'(전극과 세포 사이의 저항)가 낮아 측정에 유리하다고 연구팀은 설명함.

실제 쥐의 뇌에 적용해 뇌피질전도 측정을 한 결과, 잡음 신호가 10분의 1로 줄어든 것으로 나타났음.

이현주 교수는 "기존에는 잡음 신호 때문에 광 자극과 동시에 신호를 측정하는 것이 불가능했지만, 이번에 개발한 기술을 적용하면 실시간으로 신호를 측정할 수 있다"며 "앞으로 미세전극에 마이크로미터 크기의 광원을 집적해 광 자극에 따른 쥐의 뇌 신호 변화를 측정하는 연구를 진행할 계획"이라고 밝힘.

본 연구 성과는 ‘Advanced Functional Materials’ 지에 게재됨