마이크로 OLED, 뇌에 삽입…'유연 광자극 기기' 개발했다

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 매우 작은 유기발광소자(마이크로 OLED)를 활용해 얇고 유연한 인체 삽입형 의료기기를 구현, 난치성 뇌질환의 새로운 치료법을 제시했다.

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 전기및전자공학부 최경철 교수와 이현주 교수팀이 공동 연구를 통해 유연한 마이크로 OLED가 집적된 '광유전학용 뉴럴 프로브' 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.
 
뉴럴 프로브는 뇌에 삽입해 자극을 주는 의료기기다. 광유전학 기술은 빛에 반응하는 광 단백질이 발현된 뉴런에 특정 파장의 빛 자극을 통해 뉴런의 활성을 조절하는 기술이다.

연구팀에 따르면 마이크로 OLED는 높은 공간적 해상도와 유연성을 가져 매우 작은 영역의 뉴런에서도 정확하게 빛을 조사할 수 있어 세밀한 뇌 회로 분석이 가능하고 움직임에 불편함을 주지 않으면서 부작용이 적다.

미세한 파장 조절을 통해 정밀한 빛 조절이 가능하며 다중 자극을 통한 복잡한 뇌 기능 연구도 가능하다.

하지만 체내 수분이나 물에 의해 전기적 특성이 쉽게 열화돼 생체 삽입형 전자장치로 활용되는데 한계가 있고 얇고 유연한 탐침 위에 고해상도로 집적하는 과정도 어렵다.

이번에 공동연구팀은 산화알루미늄/파릴렌-C(Al2O3/parylene-C)로 구성된 초박막 유연 봉지막을 얇은 탐침 형태(260~600마이크로미터(㎛)) 너비로 패터닝해 생체친화성이 유지되도록 했다. 이를 통해 수분과 산소가 많은 생체 내 환경에서 OLED의 구동 신뢰성을 높이고 생체삽입 시 조직손상을 최소화했다.

또 고해상도 마이크로 OLED를 집적하는 과정에서 전체 소자의 유연성과 생체친화성을 유지키 위해 봉지막과 동일한 생체친화 재료인 '파릴렌-C(parylene-C)'를 활용했다.

이어 구조적 레이어인 '화소 정의막(pixel define layer)'을 도입, 8개의 마이크로 OLED를 독립적으로 개별구동할 수 있도록 해 인접한 OLED 픽셀 간 전기적 간섭현상을 제거하고 각 픽셀을 공간적으로 분리시켰다.

특히 소자 내 다중 박막층의 잔류 응력과 두께를 정밀하게 조절해 생체 내 환경에서도 소자의 유연성을 유지하고 바늘과 같은 보조장치 없이도 단일 탐침만으로 휘어짐 없이 삽입이 가능하게 했다.

이 과정을 거쳐 연구팀은 광유전학 및 생체조직 자극 응용에서 상당히 높은 수준의 광출력을 갖는 마이크로 OLED 집적 유연 뉴럴 프로브를 개발하는데 성공했다.

연구팀은 시연을 통해 초박막 유연 봉지막의 낮은 수분 투습률과 생체내서의 높은 성능, 10년 이상 유지가능한 소자 수명, 전기적 간섭 등이 없는 집적된 OLED의 개별 구동을 입증했다.

연구 결과는 나노분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 7월 전면 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: Advanced Micro-OLED Integration on Thin and Flexible Polymer Neural Probes for Targeted Optogenetic Stimulation)

연구에 참여한 이소민 박사는 "이번 연구는 유연 OLED의 인체 삽입형 측정 및 치료의료기기로서 새로운 패러다임을 제시한 것"이라고 말했다.


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