김강현 학부생 (지도교수: 박성준, 공동주저자: 성창훈 석사과정), 국제학술지 ‘Micromachines’ 주저자 논문 게재

<김강현 학부생(좌), 박성준 교수(중앙), 성창훈 석사과정생(우)>

우리 학과 박성준 교수 연구팀에 소속된 김강현 학부과정 학생이 석사과정 성창훈 학생과 함께 주저자로 작성한 연구논문이, 4월 2일자로 국제학술지 ‘Micromachines’에 게재되었다. (논문명: Computational and Histological Analyses for Investigating Mechanical Interaction of Thermally Drawn Fiber Implants with Brain Tissue)

브레인-머신 인터페이스의 실현을 위한 마이크로 디바이스의 개발이 전세계적으로 진행되고 있는 가운데, 최근 딱딱한 디바이스가 뇌에 삽입될 경우, 전극이 면역 세포에 둘러싸여 기능이 조기에 멈춰버리는 현상이 발견되었다. 이를 극복하기 위해 최근 폴리머 등 부드러운 물질로 마이크로 신경 디바이스를 제작하고자 하는 연구가 시도되고 있으나, 이를 위해서는 완전히 새로운 공정의 개발이 필요한 상황이다.

우리 학과 박성준 교수 연구팀은 광섬유를 제작하는데 쓰이는 ‘열 인발 공정’을 이용해서 유연하면서도 뇌에 최소한의 영향을 주는 신경 탐침을 제작할 수 있음을 보였다. 엘런 머스크도 주목한 바 있는 이른바 ‘섬유형 브레인-머신 인터페이스’의 시작이다. 하지만 이러한 섬유형 신경 디바이스 개발은 아직 초기 단계이므로, 디바이스가 실제로 뇌에 삽입되었을 때 얼마나 영향을 끼치는가에 대한 검증이 필요한 상황이었다.

이에 연구팀은 다양한 재료, 크기, 구조를 지니는 파이버형 디바이스를 직접 제작, 삽입 후 뇌 조직에 끼치는 영향을 컴퓨터 시뮬레이션 (유한 요소 분석, finite element analysis (FEA)) 및 면역화학법을 통해 분석하였다. 이를 통해 뇌와 탄성 계수가 유사한 재료(하이드로젤)로 만들어진 디바이스가 최소의 기계적 영향을 끼침을 확인하였으며, 높은 마찰계수 및 원형의 모양을 가진 디바이스가 이점을 가짐을 증명하였다.

이번 연구의 책임자인 박성준 교수는 “해당 연구는 섬유형 신경 디바이스의 최소 침습성을 위한 다양한 조건들을 확보하였을 뿐만 아니라, 향후 브레인-머신-인터페이스 개발시의 재료적, 디자인적 고려 사항들에 대한 틀을 제시 하였다는데에 큰 의미가 있다.” 라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업, 범부처 의료기기사업, 카이스트-칼리파 스마트 프로젝트, 공과대학 글로벌 이니셔티브 사업을 통해 수행되었다. 

<섬유형 신경 디바이스의 제작 및 생체 영향력 분석 연구에 대한 개요>