공정 순서 뒤집어 구현한 맞춤형 3D 뇌 신경칩

하이커뮤니티매니져 0 10 09.26

체외배양 3D 신경네트웍 모델용 맞춤형 세포배양 지지체-미세전극칩 일체형 플랫폼 개요도. KAIST 제공

국내 연구진이 기존 반도체 공정의 한계를 뛰어넘는 새로운 방식의 뇌신경칩 제작 기술을 개발했다. 뇌질환 연구와 차세대 바이오 컴퓨팅에 응용될 것으로 기대된다.

KAIST는 남윤기 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 3차원(3D) 프린팅과 모세관 현상을 결합해 다양한 형태의 맞춤형 3차원 뇌신경칩을 구현하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

체외에서 배양한 뇌 신경조직은 뇌 연구를 단순화한 실험 모델로 널리 활용됐다. 기존 장치는 반도체 공정 기반으로 제작돼 입체적 구조 구현이 어렵고 제작 비용도 높다는 한계가 있다. 최근 3D 프린팅 기반 기술이 제안됐지만 전극 패터닝과 절연체 도포 등 기존 순서를 따른 방식은 설계 자유도가 여전히 제한적이다.

연구팀은 발상을 전환했다. 먼저 3D 프린터로 속이 빈 절연 구조물을 출력해 미세 터널을 형성한 뒤 모세관 현상으로 전도성 잉크가 터널 내부를 채우도록 했다. 이 과정을 통해 전극과 배선을 자유롭게 배치할 수 있는 3차원 지지체-미세전극칩 제작이 가능해졌다.

새로운 플랫폼은 프로브형, 큐브형, 모듈형 등 다양한 형태의 칩 구현을 지원한다. 그래파이트, 전도성 폴리머, 은 나노입자 등 여러 재료 기반 전극 제작이 가능해 활용 범위가 넓다. 이를 통해 신경 네트워크 내부와 외부에서 발생하는 다채널 신호를 동시에 측정할 수 있다. 신경세포 간 상호작용과 연결성을 정밀하게 분석할 수 있다.

남 교수는 “이번 연구는 3D 프린팅과 모세관 현상을 결합해 신경칩 제작의 자유도를 크게 확장한 성과”라며 “앞으로 기초 뇌과학 연구는 물론 바이오센서와 바이오컴퓨팅 같은 응용 분야에도 기여할 것”이라고 말했다.연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈' 온라인판에 6월 25일 게재됐다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74241

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