쌀 한 톨 만한 ‘뇌 센서’… 수술 없이 넣고, 알아서 녹는다

中 연구진, 하이드로겔 뇌 센서 개발
주사로 넣어 초음파로 변형 감지
“유선 기기와 성능 차이 없어”

장젠펑(Jianfeng Zang) 중국 화중과학기술대 전자과학과 교수 연구팀이 개발한 하이드로겔 뇌 센서./Jianfeng Zang

쌀 한 톨 정도 크기의 센서로 뇌 상태를 진단할 수 있는 기술이 개발됐다. 이 센서는 수술 없이 주사를 이용해 간단하게 주입할 수 있다는 게 특징이다. 뇌 센서는 젤리 같은 성질로 만들어져 사람 몸에 들어간 뒤 일정 시간이 지나면 녹아 없어진다.

장젠펑(Jianfeng Zang) 중국 화중과학기술대 전자과학과 교수 연구팀은 “뇌 조건에 따라 변하는 무선 하이드로겔 센서를 개발했다”는 내용의 연구 결과를 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 6일 발표했다.

연구진은 뇌를 정밀하게 진단하기 위해 초음파에 반응하는 하이드로겔 센서를 만들었다. 하이드로겔은 묵이나 젤리처럼 수분을 많이 함유해 말랑말랑한 물질이다. 이번에 개발된 하이드로겔 뇌 센서는 가로·세로·높이가 모두 2㎜인 정육면체로, 육안으로도 보기 힘든 크기다.

하이드로겔은 물질 특성에 따라 외부 조건에 민감하게 반응한다. 센서는 두개골을 통해 뇌로 주입되면 압력과 온도, 산성도, 유량에 맞춰 변화한다. 센서 내부에는 음향 반사 스펙트럼을 만드는 공기 기둥이 일정한 간격으로 만들어져 있다. 센서를 주입한 뇌에 초음파를 쏴 어떻게 변형됐는지 알아내면 뇌의 상태를 진단할 수 있다.

연구팀은 쥐와 돼지에 뇌 센서를 주입하는 동물실험을 진행했다. 연구팀은 뇌 센서를 초음파로 분석해 기존에 사용하는 유선 뇌 진단기기처럼 임상 벤치마크와 다양한 매개변수를 찾았다. 센서는 주입 부위 10㎝ 밑으로 들어가 뇌 상태를 감지할 수 있다. 하이드로겔 센서는 4~5주 뒤 이산화탄소 같은 해롭지 않은 성분으로 분해됐고, 독성 없이 18주 이내에 완전히 사라졌다.

뇌 진단은 그동안 뇌 신호를 감지하는 유선 프로브(Probe) 기기를 이용해 이뤄졌다. 뇌의 상태를 정확히 알 수 있다는 장점은 있지만, 바늘 같은 센서를 계속 달아 이동성에 제한이 있고 제거 시 감염 위험도 크다는 문제가 있다. 연구팀이 개발한 센서는 단 한 번의 주사로 무선 센서를 넣어 수술 침습을 줄일 수 있다.

다만 아직 센서의 크기가 큰 편인 탓에 주입구가 넓은 주사기가 필요하고, 사람에게 독성이 없는지 완전히 확인되지 않았다. 장 교수는 “주입구가 큰 주사기는 여전히 통증과 불편함을 유발할 수 있다”며 “사람에게 안전하게 작동한다는 것을 보여주기 위해선 더 큰 동물을 대상으로 한 장기 실험이 필요하다”고 말했다.

참고자료

Nature(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07334-y

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