"뇌이식장치, 배터리 교체 없이 무선충전 사용"

KAIST, '생체 이식형 무선 기기' 개발
동물실험 통해 무선충전, 스마트폰 제어 확인

정재웅 KAIST 교수 연구팀이 개발한 '생체 이식형 기기'로 동물의 뇌에 삽입해 배터리 교체 없이 무선 충전이 가능하고, 스마트폰으로 행동을 제어할 수 있다. KAIST 제공

정재웅 KAIST 교수

김정훈 연세대 교수

생체 이식 장치를 배터리 교체 없이 스마트폰으로 충전하고 제어할 수 있는 기술이 개발됐다. 앞으로 뇌 이식용 기기와 인공심장박동기, 위 자극기 등 다양한 생체 이식용 기기에 널리 적용할 수 있다.

KAIST는 정재웅 교수 연구팀이 김정훈 연세대 의대 교수팀과 함께 스마트폰으로 뇌 신경회로를 제어할 수 있는 '뇌 이식형 무선 광유전학 기기'를 개발했다고 26일 밝혔다.

광유전학은 빛을 이용해 특정 신경세포만을 선택적으로 정교하게 제어할 수 있어 뇌 기능 규명과 각종 뇌 질환 치료를 위한 기술로, 뇌과학과 신경과학 분야에서 주목받고 있다.

기존 광유전학은 외부기기와 연결된 광섬유를 통해 신경세포에 빛을 전달하는 방법이 쓰이고 있는 데, 이 같은 유선 방식은 동물의 자유로운 움직임을 제한할 뿐 아니라, 장기적인 뇌 연구에 적용하기 어렵다.

최근 개발된 무선 기기들은 주기적으로 배터리를 교체하고 외부 장비에서 무선으로 전력을 공급받아야 하기 때문에 방향과 거리에 제약이 있다.

연구팀은 배터리의 무선 충전과 기기의 무선 제어를 구현하는 무선 통신 회로를 마이크로 LED에 장착한 무게 1.4그램의 '뇌 생체 이식형 기기'를 개발했다. 이 기기는 소형 배터리가 집적된 무선 통신 회로와 블루투스 칩이 결합돼 있어 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리를 무선으로 충전할 수 있다. 또 스마트폰 앱을 통해 이식된 기기를 제어할 수 있어 장기간에 걸친 생체 내 동작이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

특히 생체에 이식한 이후 주변 조직의 손상을 막기 위해 기기를 부드러운 생체 적합성 소재가 기기를 감싸도록 구현했다.

연구팀은 이 기기를 실험용 쥐의 뇌에 이식하고 자유롭게 움직이는 상태에서 배터리가 자동으로 무선 충전되는 것을 확인했다. 아울러, 중독성 약물인 코카인에 반복 노출된 쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달해 코카인에 의한 행동 민감화 반응을 억제하는 데 성공했다.

연구팀은 이 기기를 인체에 적용할 수 있도록 소형화하는 연구를 추진할 계획이다.

정재웅 KAIST 교수는 "체내 이식 상태에서 무선 충전이 가능해 배터리 교체를 위한 추가 수술 없이 장기간 사용할 수 있다"며 "뇌 기능 연구는 물론 궁극적으로 중독과 같은 정실질환, 퇴행성 뇌질환 치료에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(지난 22일자)'에 실렸으며, 과기정통부와 연구재단의 지원을 받아 연구가 수행됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr