국소마취만으로도 뇌 삽입 가능한 신경 전극 개발

 

     - 탄성중합체 PDMS 위에 균열 없는 안정적 전극 제작 기술 개발
     - 김소희 교수팀, IEEE Transactions on Neural Systems and

        Rehabilitation Engineering에 논문 게재

 

 

 

(그림 1) 실측 크기의 뇌와 두개골 목업모델(mock-up)을 이용한 전극의 두개골 삽입 모사실험

 

 

□ 뇌신경계 질환을 치료할 때 두개골을 크게 절제하지 않고 수 밀리미터 크기의 작은 구멍만 뚫어 전극을 삽입할 수 있는 새로운 신경 전극이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 기술을 이용하면 전신마취가 아닌 국소마취만으로도 신경 전극을 뇌에 삽입할 수 있을 것으로 기대된다.

 

□ 지스트(GIST‧광주과학기술원‧총장 김영준) 의료시스템학과 및 기전공학부 김소희 교수(교신저자)와 기전공학부 추남선 박사과정생(제1저자)이 발표한 이번 연구 결과는 신경공학 및 재활 분야 국제학술지인 IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering에 Featured Article로 소개되었다.

 

  o 이 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)과 공공복지안전연구사업의 지원으로 수행되었고, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 지에 7월 2일자로 게재되었다.  (논문명: A Largely Deformable Surface Type Neural Electrode Array Based on PDMS)

 

□ 간질과 뇌졸중 등 뇌신경계 질환의 진단과 치료, 재활을 위해선 두개골 아래 뇌 피질 표면에 전극을 삽입할 필요가 있다. 이때 경우에 따라 광범위한 부분의 두개골 절개가 요구되는데, 이를 위해서는 수술 위험성이 높은 전신마취가 필요하다.

 

  o 생체와 기계적 성질이 유사하고, 재료의 성질 변화 없이 큰 기계적 변형이 가능하며, 조직 표면에 긴밀하게 밀착되기 위해서는, 전극을 구성하는 기판으로 탄성중합체(elastomer)가 바람직하다.

 

  o 그러나 이러한 탄성중합체는 외부의 에너지에 의해 쉽게 변형을 일으키기 때문에, 기존의 MEMS(micro-electro-mechanical systems) 공정 방식으로 전극을 제작하면 공정 도중 표면에 균열이 생겨 견고하고 세밀한 전극의 제작이 불가능하다.

 

□ 이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀에서는 생체-의료 분야에서 널리 쓰이는 탄성중합체인 PDMS(polydimethylsiloxane) 위에 균열이 없고 전기적으로 안정적인 연결성을 가지는 전극 제작 기술을 개발했다.

 

  o PDMS 기판 위에 수백 나노미터 두께의 패럴린(parylene C) 절연막을 도포한 뒤 수백 나노미터 두께의 금속 박막으로 구성된 전극을 제작하면, 표면 균열이 없는 고해상도 전극의 제작이 가능하고, 높은 반복성과 신뢰도를 갖는 제작 공정으로 인해 제작 수율(yield)을 향상시킬 수 있다.

 

  o 이번 연구 결과는 국소부위 두개골의 절개만으로 삽입 가능한 신경전극을 개발함으로써, 고령화로 인해 지속적으로 시장 규모가 커질 뇌신경 관련 전자의료기기 시장 선점에 기여할 것으로 기대된다. 또 본 논문에서 제시된 신경 전극뿐만 아니라 PDMS 기판을 이용한 MEMS 기반의 다양한 유연(flexible) 소자 및 디바이스 연구에도 폭넓게 적용 가능할 것으로 전망된다.  

 

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홍보기금팀