머스크의 '뉴럴링크' 부작용 해결할 생체 전극

연구팀은 레이저를 이용해 흐물흐물한 전도성 하이드로젤로도 미세한 패턴을 새길 수 있는 기술을 개발했다. 서울대 제공

최근 일론 머스크의 뉴럴링크가 임상실험에서 환자의 생각만으로 컴퓨터 마우스 커서를 움직이는 데 성공했다. 국내 연구팀이 뉴럴링크 같은 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술 구현을 위해 뇌세포에서 나오는 신호를 부작용 없이 읽어낼 수 있도록 부드러운 생체 물질로 미세한 패턴을 새기는 기술을 개발했다.

서울대는 고승환 기계공학부 교수와 김택수 KAIST 교수 공동연구팀이 젤리처럼 부드러운 전도성 하이드로젤을 머리카락 20분의 1 두께로 패터닝할 수 있는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 연구결과는 지난달 28일 국제학술지 '네이처 일렉트로닉스'에 공개됐다.

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술은 생각만으로 전자기기 등을 작동하는 기술이다. 뇌에 삽입되는 연결 소자는 생체조직과 달리 단단하고 건조해 장기간 사용 시 부작용이 우려된다. 실제로 뇌에 삽입한 소자 때문에 인간과 원숭이를 대상으로 한 임상 시험 중 면역 문제가 발생하기도 했다.

이를 해결하기 위해 부드러운 전도성 고분자 소재인 하이드로젤을 활용해 소자를 개발 중이지만 뇌세포에서 나오는 신호를 정밀하게 읽어내려면 하이드로젤을 미세한 패턴으로 새기는 기술이 필수적이다. 흐물흐물한 하이드로젤로 수 마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터) 두께의 패턴을 만드는 것은 기술적으로 매우 까다롭다.

레이저를 이용해 전도성 하이드로젤로 미세 패턴을 새기는 공정. 서울대 제공

연구팀은 하이드로젤의 재료인 전도성 고분자와 투명한 기판이 맞닿은 계면에 레이저 에너지를 집중시켜 두 소재 사이에 강한 결합을 만들었다. 전도성 고분자는 전류가 흐를 수 있는 고분자다. 레이저를 조사하자 전도성 고분자 내에서 물질 분리가 일어나며 부드러운 하이드로젤로 변했다.

해상도가 높은 레이저를 통해 기판 위의 원하는 위치에서만 강한 접합을 유도할 수 있어 하이드로젤의 초미세 패터닝이 가능했다. 실험 결과 수분이 많은 환경에서 손으로 비비고 구기거나 잡아당겨도 패턴이 안정적으로 남아있었다.

연구팀이 개발한 패터닝 기술로 만든 뇌-컴퓨터 인터페이스 생체 전극은 쥐 머리에서 3주 동안 안정적으로 뇌 신호를 전송하는 데 성공했다. 쥐 심장 신호를 측정한 실험에서는 한번 사용한 전극을 초음파 세척기로 세정한 뒤에도 안정적으로 작동해 재사용까지 할 수 있었다.

고승환 교수는 "뉴럴링크의 안정성 문제를 해결하고 나아가 인체 삽입형 생체 전극의 새로운 패러다임을 제시한 것"이라고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41928-024-01161-9
 

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]