KAIST 바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀이 잉크젯 프린팅으로 마이크로미터 수준의 열 패턴을 마음대로 찍어내고, 이를 이용해 원격으로 신경세포의 전기적 활성을 제어할 수 있는 기술을 개발했습니다. 강홍기 박사가 주도하고 이구행, 정현준, 이지웅 박사과정이 참여한 이번 연구는 국제학술지<ACS Nano>에 게재됐습니다.
선택적 나노광열 신경자극이라 할 수 있는 이 기술은 잉크젯 프린팅 기술과 나노입자 기술을 융합한 것입니다. 뇌전증 등 뇌질환 환자들에게 맞춤형 정밀 광열 자극을 도입할 수 있는 기반기술이 될 것으로 기대됩니다.
나노 광열 신경자극은 금속 나노 입자의 열-플라즈모닉 현상을 이용해 신경 세포의 활성을 조절합니다. 연구진은 지난 4년간 연구를 통해 나노 광열 효과에 의산 신경세포 활성 억제 현상을 발견했고 이를 이용해 뇌전증 등의 뇌질환에서 발생하는 신경세포의 비정상적 활동을 조절하기 위한 기술을 연구했습니다.
연구진은 기존의 광열자극 기술이 갖는 공간적인 선택성의 한계와 해상도의 제약을 극복하기 위해 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 나노 입자의 미세 패턴 작업을 통해 나노 광열자극 기술을 선택적인 부분에만 가할 수 있는 기술을 개발했습니다.
정밀 잉크젯 프린팅과 고분자전해질 적층 코팅법을 결합해 고해상도의 선택적 광열 자극기술을 구현해냈습니다. 정밀 잉크젯 프린팅 기술은 나노 입자를 잉크로 사용해 수십 마이크로미터 크기의 나노입자 패턴을 만들 수 있다고 해요. 이 기술과 고분자전해질 적층 코팅법을 결합하면 원하는 모양을 보다 정밀하게 이쇄할 수 있고 안정성이 높아 다양한 기판에 적용할 수 있습니다.
또한 고분자전해질 적층 코팅법을 결합하면 원하는 모양을 보다 정밀하게 인쇄할 수 있고 안정성이 높아 다양한 기판에 적용할 수 있습니다. 또한 고분자 전해질 코팅법은 세포 친화적이기 때문에 세포실험 및 생체 기술에 적용 가능하죠. 연구팀은 이 기술을 통해 금 나노막대 입자를 수십 마이크로미터 해상도로 인쇄해 정밀한 나노입자 패턴을 손쉽게 제작했습니다. 이 패턴에 빛을 조사하면 인쇄한 모양대로 정밀한 열 패턴을 형성할 수 있다고 합니다. 이 패턴 기술을 이용하면 신경세포의 전기적 활성을 열 발생 부분만 일시적으로 억제할 수 있어 선택적인 광열 신경자극을 줄 수 있다고 해요. 이를 통해 원하는 세포 영역만 구분해 활동을 억제시켜 환자에게 맞춤형 광열 신경자극 치료를 제공할 수 있습니다.
이 기술은 얇고 유연한 기판에도 적용할 수 있어 체내 이식용 뇌질환 치료장치나 웨어러블 의료 장치에 응용 가능할 것으로 기대됩니다. 또한 새로운 위조 방지 기술 등에도 적용할 수 있을 거라는 전망입니다.
