KAIST 신소재공학과 이선우 교수팀이 미국 코넬대 알로이샤 모나(Alyosha Molnar) 교수팀과 공동으로 소금 알갱이보다 작은 초소형 무선 뉴럴 임플란트 'MOTE'를 개발했습니다.

뇌 속에서는 눈에 보이지 않는 미세 전기 신호가 끊임없이 오가며 기억·판단·감정 등 정신 활동을 만듭니다.

이 신호를 몸 밖에서 연결선 없이 측정하는 기술은 치매·파킨슨병 등 신경질환 연구와 치료의 핵심이지만, 기존 임플란트는 두꺼운 유선 구조로 인한 염증, 신호 저하, 크기·발열 문제로 장기 사용에 한계가 있었습니다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 기존 반도체 공정으로 초소형 회로를 만들고 자체 개발한 초미세 마이크로 LED(μLED)를 결합해 장치를 소형화하고 특수 표면 코팅을 적용해 내구성을 확보했습니다.

이렇게 개발한 MOTE는 두께 100마이크로미터(μm) 이하·부피 1나노리터 이하로 머리카락보다 얇고 소금 알갱이보다 작은 크기로 지금까지 보고된 가장 작은 무선 뉴럴 임플란트입니다.

배터리가 필요 없는 완전 무선 구조도 핵심 특징입니다.

MOTE는 외부에서 들어오는 빛으로 전력을 얻고, 뇌파를 감지한 뒤 펄스 위치 변조(PPM) 방식으로 정보를 광 신호에 실어 다시 외부로 전송합니다.

이를 통해 에너지 소비와 발열을 최소화하고, 배터리 교체 없이 장기간 사용이 가능합니다.

연구팀은 생쥐를 대상으로 한 1년간 장기 실험에서 염증 반응과 성능 저하 없이 정상적으로 뇌 신호를 기록하는 데 성공해 초소형 무선 임플란트의 장기 안정성을 입증했습니다.

이선우 교수는 "이번 성과는 단순한 소형화·경량화를 넘어 그동안 가능성만 논의되던 완전 무선 초소형 임플란트를 실제로 구현한 데 의의가 있다"며 "이를 통해 기존에 알려진 문제뿐 아니라, 개발 과정에서 드러나는 새로운 기술적 난제까지 해결할 수 있는 가능성을 보여줬다"고 말했습니다.

이어 "이 기술은 향후 뇌과학 연구는 물론 신경계 질환 모니터링과 장기 기록 기반 치료 기술 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 덧붙였습니다.

이번 성과는 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics) 11월 3일 자 온라인판에 실렸습니다.

TJB 대전방송