KAIST 연구팀이 기존 반도체 공정 방식의 한계를 극복하고 맞춤형 3차원 뇌신경 칩 제작 기술을 개발했다. 뇌과학 및 뇌공학 연구 플랫폼의 설계 자유도와 활용성을 크게 확장할 수 있는 성과로 평가된다.
KAIST는 25일 남윤기 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 3D 프린터와 모세관 현상을 활용해 체외 배양 신경조직을 위한 3차원 미세전극 칩 제작 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.
체외 배양 뇌 신경조직은 뇌 연구에 활용되는 단순화된 모델로 주목받아왔지만, 기존 장치는 반도체 공정 기반 제작 방식에 의존해 입체적 구조 구현에 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술이 제안되긴 했으나 전도성 물질 패터닝과 절연체 도포, 전극 오프닝 순서를 거치는 방식은 설계 자유도 측면에서 제약이 많았다.
연구팀은 공정 순서를 뒤집는 접근법을 도입했다. 먼저 3D 프린터로 미세 터널이 형성된 속이 빈 절연체 구조물을 출력한 뒤, 전도성 잉크가 모세관 현상으로 내부를 채우도록 해 전극과 배선을 형성했다. 이를 통해 복잡한 구조물 내에 미세전극을 자유롭게 배치한 3차원 지지체-미세전극 칩 제작이 가능함을 입증했다.
새 플랫폼은 프로브형, 큐브형, 모듈형 등 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 그래파이트·전도성 폴리머·은 나노입자 등 여러 재료 기반 전극 제작도 지원한다. 이를 통해 3차원 신경 네트워크 내부와 외부에서 발생하는 다채널 신호를 동시에 측정해 신경세포 간 동적 상호작용과 연결성을 정밀하게 분석할 수 있다.
남윤기 교수는 “3D 프린팅과 모세관 현상을 결합해 신경칩 제작의 자유도를 크게 높였다”며 “뇌신경 조직 연구뿐 아니라 세포 기반 바이오센서, 바이오컴퓨팅 같은 응용에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구에는 윤동조 박사가 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제 학술지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials) 6월 25일자 온라인판에 실렸다. 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 글로벌 기초연구실사업의 지원을 받았다.
헬로티 이창현 기자 |
