[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST)은 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀이 기존보다 전기전도도를 250배 이상 향상시킨 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 제작 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 이 전도성 고분자는 인체에 무해한 물질로 만들어 향후 피부부착 및 삽입형 생체전극 등 생체의료기기 분야 개발에 큰 도움이 될 전망이다. 이성원 교수는 "이 기술을 적용하면 전극 저항을 100배 이상 줄일 수 있어, 에너지 효율을 높이고 의료분야로의 활용 폭이 넓어질 것"이라고 말했다. 연구진은 온도와 습도를 제어한 열수처리를 통해 전기전도도를 향상시키는 새로운 제작 기술을 개발했다. 이 기술이 적용된 전도성 고분자로 생체전극을 만들어 LED를 켜고 심전도를 측정하는데 성공했다. 이때 전기전도도를 측정한 결과 기존보다 약 250배 향상된 125.367 지멘스퍼센티미터(S/㎝)가 측정됐다. 연구진은 상대습도 80% 이상에서 70도 이상의 열을 가할 시 전도성 고분자 내부의 PEDOT 양이온과 PSS 음이온의 결합력이 약화돼 상분리가 일어남을 발견했다. 이로 인해 전도성 물질인 PEDOT 양이온의 얽힘 현상이 발생하며 전도도가 높아짐을 확인했다. 연구진은 이번 연구가 고압증기멸균기(Autoclave)의 멸균공정으로 소자의 전기전도도를 높일 수 있어, 실제 의료현장에서의 일반적 멸균과정을 통해서도 사용 가능한 간단하고 효율적 공정이라고 설명했다. 이 교수는 이번 연구를 응용해 체내 삽입형 및 피부부착형 생체전극을 개발하는데 추가연구를 할 계획이라고 밝혔다. 한편 이번 연구는 DGIST 신물질과학전공 정우성 석박사통합과정생과 권기혁 석사과정생이 공동 1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 '바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스'에 지난 10월 8일 온라인 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 국내 연구진이 아주 낮은 수준의 전압에서도 생체신호를 정확하게 측정할 수 있는 유연한 고감도 전자피부 개발에 성공했다. 머리카락 두께 100분의 1 수준의 초박막 센서로 인체의 다양한 움직임에도 안정적이고 정확하게 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 기술 발전에 기여할 것으로 보인다. 12일 아주대학교는 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과) 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 연구팀과 공동으로 수직 형태의 채널구조를 갖는 초유연·초저전압 전자피부를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 '표피 신호 모니터링을 위한 초유연성 수직 코바이노 유기 전기화학 트랜지스터(Ultraflexible Vertical Corbino Organic Electrochemical Transistors for Epidermal Signal Monitoring)‘라는 논문으로 저명 학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)> 11월호에 게재됐다. 아주대 지능형반도체공학과 박사과정 이인호 학생, 서울대 신소재공동연구소 김지환 박사후연구원과 광주과학기술원(GIST) 김영석 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 강기훈 서울대 재료공학부 교수(공동저자), 광주과학기술원 윤명한 신소재공학부 교수(교신저자)와 아주대 박성준 전자공학과·지능형 반도체공학과 교수(교신저자)가 이번 연구를 주도했다. 유연하고 가벼우며 생체친화적인 전자피부(e-skin)는 최근 국내외에서 활발히 연구되고 있다. 그중에서도 유기 전기화학 트랜지스터는 피부 계면에서 일어나는 미세한 이온 변화를 전기 신호로 변환할 수 있어, 높은 감도의 비침습적 측정이 필요한 생체리듬 모니터링 센서에 활발히 적용되고 있다. 그러나 현재까지 개발된 전자피부 형태의 유기 전기화학 트랜지스터는 피부에 부착된 상태에서, 인간의 일상 움직임에 따라 소자의 형태가 변형되기 때문에 전기적 평형 상태를 유지하기 어렵다는 단점이 있었다. 이는 유기 전기화학 트랜지스터가 일반적으로 양옆에 전극이 배치된 평면 구조(planar structure)를 사용하기 때문이다. 또 평면 구조의 특성상, 반도체 채널 길이를 1마이크론 이하로 짧게 만들기 어려워 피부 부착 시에 안정적이고 높은 감도로 신호를 측정해내기 어렵다는 한계도 존재했다. 공동 연구팀은 이에 전극을 위아래로 배치한 수직 구조(vertical structure)를 채택하여 500나노미터(nm) 미만의 채널 길이를 갖는 수직 구조 형태의 소자를 개발했다. 해당 소자는 특히 기계적 변형 시 소자가 받는 힘을 안전하게 분산시키기 위해, 원형 채널 형태로 설계됐다. 이 구조는 기생 저항을 효과적으로 제거하기 위해 4단자 기반의 측정 방식을 도입, 400mS의 세계 최고 수준 증폭률을 달성했다. 이를 통해 기존 방식에 비해 증폭률과 구동 안정성을 각각 10배, 30배 이상 향상시킨 고감도의 유기 전기화학 트랜지스터를 개발할 수 있었다. 연구팀은 개발한 수직 구조의 유기 전기화학 트랜지스터를 1마이크로미터(μm) 두께의 고분자 기반 기판 위에 구현, 머리카락 두께의 100분의 1 수준인 총 두께 2마이크로미터의 초박형 센서를 제작했다. 해당 센서는 33% 압축 변형과 1000회 이상의 반복적인 인장 시험에서도 성능 저하 없이 안정적인 작동을 보였고,  다양한 움직임 속에서도 신뢰성 높은 생체신호를 측정할 수 있음을 입증했다. 이러한 기술은 실시간 건강 모니터링과 원격 생체신호 분석·진단 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 전망이다. 박성준 아주대 교수는 "이번 연구를 통해 초저전압에서 높은 감도로 생체신호를 측정할 수 있는 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 획기적 진전을 이루어냈다"며 "다양한 기능을 갖춘 초소형·초박형 웨어러블 기기의 구현 가능성을 높이고, 장기간 사용해도 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 방안을 제시할 수 있을 것"이라고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재글로벌영커넥트·나노소재기술개발사업과 아주대학교 연구비 지원을 받아 수행됐다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 이재홍 교수팀이 연세대-고려대의대 연구팀과 함께 의료용 바늘과 실에 센서를 결합해 수술한 부위의 회복상태를 모니터링할 수 있는 봉합사형 압력 감지센서를 개발했다. 이 감지센서가 동물실험을 통해 실제 의료과정에 적용할 수 있다는 것을 확인했다. 체내에서 발생하는 다양한 생체역학 신호를 모니터링하는 모든 의료 분야에 적용 가능하다. 특히 정형외과 또는 재활 분야에서 조직의 역학 신호나 움직임을 정밀하게 모니터링하는데 사용돼 생체역학이나 스포츠운동학, 또는 의료재활에 도움이 될 것으로 보인다. 19일 DGIST에 따르면, 연구진이 개발한 봉합사형 압력 감지센서는 별도의 칩이나 배터리 없이 외부에서 무선으로 모니터링이 가능하다. 6.2의 높은 민감도를 가지고 있으며, 1만번 이상 구부리고 당기는 실험에도 안정적으로 기능이 작동됐다. 또한 아킬레스건이 파열된 돼지에게 적용해 10주에 걸친 회복 기간 동안 아킬레스건의 변화를 모니터링했다. 특히 정상 아킬레스건의 특성과 비교를 통해 수술된 아킬레스건의 회복 과정을 확인했으며, 아킬레스건 회복에 대한 새로운 회복 지표를 만들 수 있었다. 전자 수술실은 생체적합성이 뛰어난 금 나노입자를 사용해 전도성 섬유 전극을 기반으로 만들었다. 섬유형 스트레인 센서와 무선 측정을 위한 자기유도 코일을 결합한 형태다. 또한 이 압력 감지센서를 장기간 안정적으로 작동하고 몸 속에서 거부반응이 일어나지 않도록 하기 위해 특수한 유막코팅을 입혔다. 이 코팅이 일반 수술실에 쉽게 부착할 수 있게 한 것이다. 연구진은 "센서 자체가 봉합 부위에 고정돼 있어 인체 내에서 안정적으로 장기간 동작할 수 있으며, 이전의 안정성 문제를 해결했다"고 설명했다. 한편, DGIST 이재홍 교수는 연세대 서정목 교수, 고려대 의과대학 장우영 교수와 함께 봉합사형 압력 감지센서를 개발해 재료 과학, 나노 분야의 저명 국제학술지 'ACS 나노'에 발표했으며, 학술지는 이 센서를 표지논문으로 선정했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 손상된 피부 감각까지 살릴 수 있는 인공피부를 개발했다. 이 인공피부는 화상이나 피부질환, 외상 등으로 자연치유가 불가능한 곳의 피부를 대체할 수 있으며, 새 살이 돋아나는 효과까지 보였다. 18일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 KIST 생체재료연구센터 정영미 박사와 스핀융합연구단 이현정 박사 연구팀이 인체 이식형 촉각센서가 들어간 스마트 바이오닉 인공피부를 개발했다. 신경조직까지 손상된 피부는 생명 유지 활동에 필수적인 감각인지 기능 상실을 유발하고 정신적, 신체적 고통 또한 안겨준다. 자연치유가 불가능할 정도로 손상 정도가 심각할 경우 해당 부위에 인공피부를 이식하는 수술적 치료가 필요하다. 하지만, 현재까지 개발된 인공피부는 피부조직과 유사한 구조와 환경을 제공하면서 피부재생에 초점을 맞추었을 뿐 환자들의 감각을 회복시키지는 못했다. 피부재생에 초점을 두고 있었던 기존 인공피부와 달리 스마트 바이오닉 인공피부는 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 촉각 기능 전달 시스템이 융합돼 영구적으로 손상된 촉각까지도 복원할 수 있다. 연구진은 이 인공피부를 피부가 손상된 쥐에 이식한 뒤 20일 이상 관찰했다. 그 결과, 이식 후 14일이 지나자 대조군 대비 120% 이상 상처가 치료됐다. 또한, 사람의 손끝에서 느끼는 압력 범위와 유사한 10~40kPa에서의 외부 변화를 감지하고 이에 맞는 전기 신호 조절을 통해 쥐의 반응이 달라지는 것을 확인했다. 무엇보다 이 인공피부는 감각 전달 및 피부재생에 효과적이다. 손상된 피부의 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 신경이 손상된 환자의 피부재생 후에는 촉각센서가 피하 층에서 작동해 일상생활에서의 자립성을 크게 향상할 수 있다. 뿐만 아니라 피부의 탄력과 조직의 결합을 담당하는 콜라겐과 피브린이 상처 주변에 있는 피부세포의 증식과 분화를 유발해 피부재생을 촉진했다. 연구진은 피부의 주요성분인 콜라겐과 피브린으로 이뤄진 하이드로겔에 압력 센서를 삽입했다. 이 압력센서에는 전자 촉각 리셉터와 촉각 신경 인터페이싱 전극이 들어가 있다. 이 장치들은 미세한 압력이나 다른 자극을 감지해 전기 신호로 변환하고 신경으로 전달한다. 정영미 박사는 "이번 연구 성과는 생체재료와 전자소자 기술을 효과적으로 결합한 소자, 소재, 재생의학 융합연구의 결과"라고 말했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 손상된 피부 감각까지 살릴 수 있는 인공피부를 개발했다. 이 인공피부는 화상이나 피부질환, 외상 등으로 자연치유가 불가능한 곳의 피부를 대체할 수 있으며, 새 살이 돋아나는 효과까지 보였다. 18일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 KIST 생체재료연구센터 정영미 박사와 스핀융합연구단 이현정 박사 연구팀이 인체 이식형 촉각센서가 들어간 스마트 바이오닉 인공피부를 개발했다. 신경조직까지 손상된 피부는 생명 유지 활동에 필수적인 감각인지 기능 상실을 유발하고 정신적, 신체적 고통 또한 안겨준다. 자연치유가 불가능할 정도로 손상 정도가 심각할 경우 해당 부위에 인공피부를 이식하는 수술적 치료가 필요하다. 하지만, 현재까지 개발된 인공피부는 피부조직과 유사한 구조와 환경을 제공하면서 피부재생에 초점을 맞추었을 뿐 환자들의 감각을 회복시키지는 못했다. 피부재생에 초점을 두고 있었던 기존 인공피부와 달리 스마트 바이오닉 인공피부는 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 촉각 기능 전달 시스템이 융합돼 영구적으로 손상된 촉각까지도 복원할 수 있다.  연구진은 이 인공피부를 피부가 손상된 쥐에 이식한 뒤 20일 이상 관찰했다. 그 결과, 이식 후 14일이 지나자 대조군 대비 120% 이상 상처가 치료됐다. 또한, 사람의 손끝에서 느끼는 압력 범위와 유사한 10~40kPa에서의 외부 변화를 감지하고 이에 맞는 전기 신호 조절을 통해 쥐의 반응이 달라지는 것을 확인했다. 무엇보다 이 인공피부는 감각 전달 및 피부재생에 효과적이다. 손상된 피부의 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 신경이 손상된 환자의 피부재생 후에는 촉각센서가 피하 층에서 작동해 일상생활에서의 자립성을 크게 향상할 수 있다. 뿐만 아니라 피부의 탄력과 조직의 결합을 담당하는 콜라겐과 피브린이 상처 주변에 있는 피부세포의 증식과 분화를 유발해 피부재생을 촉진했다. 연구진은 피부의 주요성분인 콜라겐과 피브린으로 이뤄진 하이드로겔에 압력 센서를 삽입했다. 이 압력센서에는 전자 촉각 리셉터와 촉각 신경 인터페이싱 전극이 들어가 있다. 이 장치들은 미세한 압력이나 다른 자극을 감지해 전기 신호로 변환하고 신경으로 전달한다.  정영미 박사는 "이번 연구 성과는 생체재료와 전자소자 기술을 효과적으로 결합한 소자, 소재, 재생의학 융합연구의 결과"라며 "상용화를 위해 의료기관, 기업 등과의 협업을 통해 추가 임상실험을 진행할 예정이며, 온도, 진동, 통증 등 피부조직의 다양한 기능을 재건하는 연구로도 확장할 계획"이라고 말했다. 연구진은 국제 융합연구의 세계적 권위 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 관련 내용을 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 실명 환자들의 시력을 회복시킬 수 있는 안전성 높은 소프트 인공망막이 개발됐다. 세브란스병원 안과 변석호·신소재공학과 박장웅·강남세브란스병원 안과 이준원 교수팀은 실명 환자들의 시력을 회복시킬 수 있는 안전성 높은 액체 금속 기반의 소프트 인공망막을 개발했다고 19일 밝혔다. 망막색소변성증, 황반변성 등 망막질환으로 인해 실명한 환자의 시력회복을 위해서는 인공망막 장치를 망막 혹은 뇌에 직접 연결하는 것이 유일한 방법이다. 인공망막 장치를 실명 환자에게 이식하기 위해서는 망막이나 뇌 등 신경조직에 금속 재질의 전극을 삽입해야 한다. 이 과정에서 딱딱한 금속이 부드러운 신경조직을 파고들며 필연적으로 손상을 유발해 염증반응을 일으키고 흉터(반흔)를 남기게 된다. 이때 발생한 흉터로 인해 시간이 지나며 신경조직과 전극 사이에 전기신호가 통하지 않는 현상이 발생한다. 현재까지 상용화됐던 인공망막 장치들도 이러한 기술적 문제로 인해 사용에 어려움이 있었다. 연구팀은 생체 적합성이 높은 액체 금속으로 제작된 3D 전극을 통합한 소프트 인공망막을 개발했다. 기존의 고체 금속 기반 인공망막과 달리 망막조직과 유사한 부드러운 소재인 액체 금속을 이용해 망막 손상을 최소화했다. 또 곡면으로 이뤄진 망막 표면에 최대한 밀착될 수 있도록 바늘 모양의 3차원 전극을 사용해 전기전도 효율을 높였다. 연구팀은 자체 개발한 소프트 인공망막을 망막 퇴행으로 실명한 마우스 모델에 이식해 시력 회복 여부와 망막 손상 정도를 분석했다. 시력 회복 여부 확인을 위해 마우스모델 망막에 국부적으로 빛을 비췄다. 그 결과 빛을 받은 부분은 빛을 받지 않은 부분에 비해 약 4배 큰 망막 신호가 유발됐다. 해당 망막은 소프트 인공망막을 이식하기 전에는 빛에 대한 반응이 전혀 없었다. 이식 후 빛의 형태에 따라 반응이 발생한 것을 통해 시각이 회복된 것을 확인할 수 있었다. 특히 연구팀이 개발한 3차원 구조의 액체 금속 3D 전극은 같은 소재의 평면 전극과 비교해 신호전달에 있어 약 2배 높은 효율을 보였다. 또한 기존의 고체 금속 소재의 인공망막과 달리 소프트 인공망막은 망막 손상, 염증반응 등 자극 전극 주변에서 면역반응이 발생하지 않았다. 변석호 교수는 “액체 금속 3D 전극을 이용한 인공망막 장치는 기존의 딱딱한 금속 재질의 인공망막과 비교해 망막조직의 손상을 줄이고, 불규칙한 표면을 가진 망막에도 전극을 정확하고 안정적으로 접촉시킬 수 있다”면서 “이번 연구 결과를 통해 실명 환자들을 위한 맞춤형 인공망막 개발이 가능해질 것으로 기대한다”고 말했다. camila@fnnews.com 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 오일권 교수팀이 34배 이상 큰 힘을 내는 인공근육 소자를 개발했다. 근육의 기본구조인 근섬유 같은 유체 스위치를 만든 것이다. 이 유체 스위치는 0.01V 이하의 초저전력으로 작동하면서도 큰 힘을 내면서 부드럽게 움직일 수 있다. 오일권 교수는 4일 "초저전력으로 작동하는 전기화학적 연성 유체 스위치는 유체 제어를 기반으로 하는 소프트 로봇, 소프트 일렉트로닉스, 미세유체공학 분야에서 많은 가능성을 열어줄 수 있다"고 말했다. 이어 "이 기술은 스마트 섬유에서 생체 의료 기기에 이르기까지 우리 일상에서 초소형 전자시스템에 쉽게 적용함으로써 다양한 산업현장에서 즉시 활용할 수 있는 잠재력을 갖고 있다"고 덧붙였다. 인공근육은 인간의 근육을 모방한 것으로 전통적인 모터에 비해 유연하고 자연스러운 움직임을 제공해 소프트 로봇이나 의료기기, 웨어러블 장치 등에 사용되는 기본 부품 중 하나다. 이 인공근육은 전기, 공기 압력, 온도 변화와 같은 외부 자극에 반응해 움직인다. 반면 기존 모터를 기반으로 한 스위치는 딱딱하고 큰 부피로 인해 제한된 공간에서 사용하는데 어려웠다. 연구진은 좁은 관 속에서도 큰 힘을 내며 유체 흐름을 제어할 수 있는 이온성 고분자 인공근육을 개발해 이를 소프트 유체 스위치로써 활용했다. 유체 스위치는 특정 방향으로 유체가 흐르도록 제어함으로써 서로 다른 액체를 선별하거나, 유체의 흐름을 통해 또 다른 형태의 움직임을 유발하는 데 사용된다.  이온성 고분자 인공근육은 전기에 반응해 힘을 내고 움직일 수 있도록 금속 전극과 이온성 고분자로 만들었다. 0.01V 이하의 초저전력에서 작동하면서 무게 대비 큰 힘을 낼 수 있도록 인공근육 전극의 표면에 유기 분자가 결합해 만든 다공성의 공유결합성 유기 골격구조체를 활용했다. 연구진이 머리카락처럼 가는 180㎛의 두께로 인공근육을 만들었다. 이 인공근육의 무게는 10㎎ 정도이지만 34배 이상의 큰 힘을 내며 부드럽고 정교하게 움직였다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 대표적인 신경퇴행성 질환인 파킨슨병, 뇌졸중 등은 신경세포의 비정상적 활동으로 발생한다. 이들 질환은 약물로도 치료가 가능할 수가 있지만, 많은 경우 진행을 늦출 뿐 근본적인 치료는 어렵다. 파킨슨병, 뇌졸중과 같은 다양한 신경질환에 사용할 수 있는 높은 안전성과 정밀도를 가진 새로운 소재의 이식형 장치가 개발됐다. 연세대의대 생리학교실 차명훈·전기전자공학부 유기준 교수팀은 높은 전기전도성으로 전기적 신경조절이 가능하면서도 자기공명영상(MRI) 촬영 시 안전성을 높인 새로운 유기 반도체 물질 소재의 'MRI-compatible PEDOT'를 개발했다고 1일 밝혔다. 최근에는 신경세포의 활동을 관찰하면서 정밀조절이 가능한 전기 자극 장치를 질환 부위에 삽입해 손상된 신경회로를 조절하는 외과적 수술 방법도 행해지고 있다. 하지만 현재 사용되는 삽입형 전기 자극 장치는 금속 소재로 이뤄져 있어 강한 자기장을 사용하는 MRI 촬영은 불가능하다는 단점이 있다. 연구팀은 전기적 신경조절이 가능하면서 MRI에서도 안정적 촬영이 가능한 이식형 장치를 개발했다. 전기가 흐르는 생체친화적 고분자 소재 ‘PEDOT:PSS’를 이용했다. 소재가 가진 낮은 전기전도성을 문제를 해결하기 위해 PEDOT:PSS에 화합물 에틸렌글리콜을 특수 처리해 반도체 공정 수준의 미세한 전도성 생체전극(MRI-compatible PEDOT)을 개발했다. 연구팀은 MRI-compatible PEDOT의 안정성 검증을 위해 MRI 시험 테스트를 진행했다. 기존 전극의 경우 MRI와 같은 고자기장 의료환경에서 불안정성으로 이미지 변성이 일어나 결과물 확인이 어려웠던 반면 MRI-compatible PEDOT은 선명한 결과물을 보이며 안정적 사용이 가능했다. 또한 연구팀은 동물모델에서 MRI-compatible PEDOT이 뇌피질 전기자극을 통해 즉각적이고 효과적인 신경조절이 가능함은 물론 뇌의 미세한 활성 신호를 감지하는 데에도 뛰어난 적합성을 보이는 것을 확인했다. 차명훈 교수는 “이번 연구를 통해 기존 신경 임플란트 환자의 의료 영상 촬영 시 발생할 수 있는 잠재적 위험을 제거함은 물론 신경조절 치료의 가능성을 확인할 수 있었다”며 “해당 기술은 파킨슨과 뇌졸중 등 신경퇴행성 질환 치료에도 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.  camila@fnnews.com 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] 영화 매트릭스나 공각기동대를 보면 뇌와 컴퓨터를 연결하는 기술이 나온다. 지금처럼 모니터와 키보드 등의 별도의 송수신장치 없이 뇌를 직접 인터넷에 연결하고 원격으로 사이보그를 조종하는 등의 행위가 가능하다. 사이버펑크 영화 속 이야기이지만 이와 비슷한 기술 개발은 현재 진행형이다. 바로 뇌와 컴퓨터를 연결하는 인터페이스 기술인 'BCI(Brain-Computer Interface)'이다. 뉴럴링크·싱크론 등 연구 선두..의료·교육·엔터 활용 기대  BCI 관련 기술은 1970년대부터 연구가 시작됐지만 본격적인 연구를 알린 것은 테슬라로 유명한 일론 머스크가 2016년에 1억 달러(약 1186억원)를 투자해 설립한 '뉴럴링크'이다. 뉴럴링크의 궁극적인 목적은 인간의 뇌와 인공지능(AI)을 연결해 디지털 초지능(digital super intelligence)을 구현하는 것이다.  뉴럴링크는 지난 5월 25일(현지시간) 미국 식품의약국(FDA)로부터 인간을 대상으로 한 뇌 칩 임상시험을 승인받았다. 뉴럴링크가 개발한 칩은 원숭이 실험을 거쳤다. 칩은 뇌에서 생성된 신호를 해석하고 블루투스를 통해 외부 장치에 정보를 전달하도록 설계됐다.  아마존 창업자 제프 베조스와 마이크로소프트 창업자 빌 게이츠도 올해 상반기에 벤처 캐피털 펀드를 통해 미국 브루클린에 본사를 둔 스타트업 ‘싱크론’에 투자했다. 2012년 설립된 이 기업은 2021년 마비 환자에 영구적으로 이식 가능한 BCI의 임상시험을 FDA로부터 허가받았다. 싱크론의 BCI 시스템은 이미 루게릭병 환자에 이식돼 시험 중이다.  몸을 움직일 수 없던 루게릭병을 앓고 있는 지원자는 싱크론의 BCI 이식을 통해 눈의 움직임과 생각만으로 메시징 앱을 사용하거나 인터넷 검색을 할 수 있게 됐다. 특히 BCI는 의료용 목적으로 시작했지만 교육이나 엔터테인먼트까지의 활용도 기대된다. BCI는 학습자의 주의력이나 흥미도, 난이도, 기억력 등을 측정하고 적절한 학습 자료나 전략을 제시할 수 있다. 또 BCI는 학습자가 새로운 지식이나 기술을 더 쉽게 습득할 수 있도록 뇌에 정보를 전달할 수도 있다. 가상 현실이나 게임과 같은 경험을 제공할 수도 있다. 기술적·윤리적 문제 등 해결과제도 산적  다만 BCI는 기술적·윤리적 문제도 산적해 있다. 무엇보다 뇌에 이식하는 기술이기 때문에 안전 문제가 가장 크게 대두된다. 생체 조직에 염증을 일으키거나 손상시킬 가능성이 낮아야 하고 인간의 뇌에 장시간 이식돼 있어도 문제가 없어야 한다. 따라서 뇌에서 안전한 전극 코팅, 저전력 국소 신호 처리 등 많은 칩 설계 기술이 필요하다.  또 현재는 약의 신호를 감지해 분석할 수는 있지만 복잡한 내용의 신호에는 아직 손을 대지 못하고 있다. 뇌신호를 정확히 읽고 해석해내는 기술의 개발이 필요하다는 얘기다.  윤리적으로도 CI는 사용자의 뇌파를 측정하고 분석하는 과정에서 사용자의 사생활이나 의도, 감정, 기억 등을 파악할 수 있다. 이러한 정보는 사용자의 동의 없이 수집되거나 공개되거나 남용될 수 있으므로, 개인정보 보호를 위한 법적이나 윤리적인 규제가 필요하다는 지적이다.  BCI는 장애인이나 질병 환자에게 유용한 기술이지만, 모든 사람들이 동등하게 접근하거나 이용할 수 있는 기술은 아니다. 비용이나 기술적인 장벽으로 인해 일부 사람들에게만 제공될 수 있으며, 이는 사회적인 불평등이나 차별을 야기할 수 있다는 우려마저 나온다. leeyb@fnnews.com 이유범 기자

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 화학과 김원종 교수팀이 수술없이도 뇌의 깊숙한 부위를 전기로 자극해 파킨슨병을 치료하는 기술을 개발했다. 압전 나노입자를 혈관으로 뇌에 보낸뒤 초음파로 쏘면 전기자극이 일어나는 방식이다. 연구진은 실제 파킨슨병에 걸린 쥐에 실험해 치매 증상이 완화된 결과를 얻어냈다. 김원종 교수는 15일 "압전나노입자를 이용한 전기자극 방식은 퇴행성 뇌 질환을 포함한 다양한 신경 장애 치료에 새로운 패러다임을 제시한 것"이라고 말했다. 뇌 질환을 치료하는 여러 방법 중 전기적 자극을 통해 신경세포간 신호를 직접적으로 활성화하는 '뇌심부자극술'이 주목받고 있다. 전기 자극을 주기위해서는 수술을 통해 뇌 깊숙이 전극을 삽입해야 한다. 이때 반복적인 수술과 고비용을 감수하더라도 뇌출혈이나 발작·염증반응 등의 부작용 가능성이 있어 임상에 적용하기란 쉽지 않다. 연구진은 혈관을 타고 뇌로 들어가 초음파로 전기를 만들어낼 수 있는 나노의약 소재를 개발했다. 이 소재는 초음파 자극에 의해 전기를 만들어내면서도 독성이 없어 인체에 들어가도 무해하다. 압전나노입자를 생체적합성이 높은 고분자 소재와 생체 내 존재하는 성분을 이용해 만들었다. 이 입자는 혈관을 타고 이동하다가 초음파를 쏘면 일산화탄소를 방출해 뇌-혈관 장벽을 넘어 뇌로 들어갈 수 있다. 즉 원하는 부위에 선택적으로 치료제를 전달할 수 있게 만든 것이다. 연구진이 파킨슨병을 가진 쥐에 이 방식을 실험했다. 압전나노입자가 뇌에 모이게 한뒤 초음파를 쏴 전기자극을 주자 쥐 뇌에 있는 신경세포에서 도파민이 방출됐다. 이 나노입자는 실험쥐의 몸안에서 독성을 일으키지 않았으며, 질병 증상을 개선시켰다. 즉 생쥐가 정상에 가까운 행동을 보인 것이다. 김 교수는 "이 실험으로 압전나노입자가 비침습적으로 뇌 깊은 조직을 자극하는 데 이용될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 연구진은 이번 연구결과를 바이오메디컬분야 권위지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자