단국대학교

 △ (왼쪽부터)  박재형·이승기 교수(전자전기공학부) 

전자전기공학부 박재형·이승기 교수팀(신소빈·남경택 연구원)과 KIST(한국과학기술연구원) 뇌과학연구소 임매순 박사 연구팀(노현희·심신용 연구원)이 반도체 공정기술을 활용해 기존 성능보다 200배 향상된 인공 망막 3차원 투명 마이크로 탐침 전극 개발에 성공했다.

인공 망막은 전기로 신경세포를 자극해 뇌로 새로운 신경 신호를 전달하고 인공 시각을 구현하기 위해 개발한 의료장치다. 기존 인공 망막은 2차원 평면 형태로 신경세포와 거리가 멀고 신경세포를 자극하는 전류가 넓은 영역으로 퍼져 높은 해상도를 구현하는 데 한계가 있었다.


 △ 3차원 마이크로 탐침 전극 개념도 및 전자현미경 이미지

연구팀은 이를 극복하기 위해 고정밀 자극이 가능한 끝이 뾰족한 탐침 형태의 3차원 투명 마이크로 전극을 개발했다. 기존 2차원 평면 전극이 망막 표면에서 내부로 200µm까지 퍼지던 전류를 연구팀은 1µm 이내의 좁은 영역에 집중시킬 수 있게 됐다. 연구팀은 기존 성능 대비 200배를 향상시켰고, 고해상도로 신경세포 전기 자극 및 신경 신호 기록을 동시에 측정하는 데 성공했다.

특히 연구팀은 반도체 공정기술을 활용해 단일 기판 위에 다양한 높이의 3차원 투명마이크로 탐침 전극을 간편하게 제작할 수 있는 고정밀 기술을 개발했다. 이로써 개별 환자의 잔존 망막 두께에 따라 3차원 탐침 높이를 최적화해 맞춤형 전극으로 제작할 수 있게 됐다.

연구논문은 기기 및 계측 분야 1위(JCR,2022년 기준)인 국제 저명 학술지 「Sensors and Actuators B: Chemical(IF=9.21)」 2023년 6월에 온라인 게재됐다. 논문명은 「Fabrication of a transparent array of penetrating 3D microelectrodes with two different heights for both neural stimulation and recording (신경 자극과 기록을 위한 두 가지 다른 높이를 갖는 3차원 투명 마이크로 전극 어레이의 제작)」.

박 교수는 “이번 연구는 뇌나 망막과 같은 3차원 신경 조직 뿐만 아니라 다양한 깊이에 위치한 신경 세포의 회로 연구에도 유용하게 활용될 것으로 기대한다” 고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 △중견연구자지원사업 △신진연구자지원사업 △차세대지능형반도체기술개발사업 △뇌기능규명및조절기술개발사업 지원을 받아 진행됐다.

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