국내 과학자들이 기존 반도체 제작 공정의 제약을 극복하는 혁신적인 뇌신경 칩 기술을 선보였다. 이 기술은 향후 뇌질환 연구 및 차세대 바이오 컴퓨팅 분야에서 활용될 전망이다.

한국과학기술원(KAIST)은 남윤기 바이오및뇌공학과 교수 연구진이 입체 인쇄 기술과 모세관력을 융합하여 여러 형태의 개별 맞춤형 3D 뇌신경 칩 제작에 성공했다고 25일 발표했다. 이번 성과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈' 온라인판에 발표되었다.

체외에서 기르는 뇌 신경조직은 뇌 연구를 간소화한 실험 모형으로 광범위하게 사용되어 왔다. 그러나 기존 장치들은 반도체 공정에 의존한 제작 방식으로 인해 입체 구조 실현이 곤란하고 제작 비용 역시 상당했다. 최근 3차원 인쇄 기반 기술들이 제시되었으나 전극 패턴 형성과 절연물질 적용 등 기존 순서를 따르는 방식에서는 설계 융통성이 여전히 제약되었다.

연구진은 접근 방법을 전환했다. 우선 3차원 프린터로 내부가 공간인 절연 구조체를 생산하여 미세 통로를 조성한 다음, 모세관력으로 전도성 잉크가 통로 내부를 자연스럽게 충전하도록 설계했다. 이 과정을 거쳐 전극과 연결선을 자율적으로 배치할 수 있는 입체 지지구조-미세전극 칩 생산이 가능해졌다.

새롭게 개발된 플랫폼은 탐침형, 정육면체형, 모듈형 등 다양한 형태의 칩 제작을 지원한다. 흑연, 전도성 폴리머, 은 나노입자 등 여러 소재 기반 전극 생산이 가능해져 적용 영역이 확대되었다. 이로써 신경 네트워크 내부와 외부에서 발생하는 다중채널 신호를 동시에 측정할 수 있으며, 신경세포 간 상호작용과 연결성을 정확하게 분석할 수 있게 되었다.

남 교수는 "이번 연구는 3차원 인쇄와 모세관력을 조합하여 신경칩 제작의 설계 자유도를 대폭 확대한 결과"라고 평가하며 "향후 기초 뇌과학 연구뿐만 아니라 바이오센서와 바이오컴퓨팅과 같은 실용 분야에도 기여할 것"이라고 전망했다.