[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학기획단 조일주 박사팀이 신경활성을 측정하는 브레인칩에 카메라의 단위소자인 포토다이오드를 고밀도로 집적해 세포 특이적인 형광신호를 전기신호와 함께 측정할 수 있는 머리카락 두께 크기의 브레인칩을 제작했다고 22일 밝혔다.

최근 세포가 활성화될 때 빛을 내는 형광단백질을 특정 종류의 세포에 주입해 형광신호 측정으로 특정 종류의 세포 활성도를 관찰하기 위한 유전자 변형 기술이 뇌과학 연구에 활용되고 있다.

하지만 뇌심부에서 형광신호 측정을 위해서는 두꺼운 광섬유를 뇌에 삽입하게 되는데 이때 뇌조직 손상을 유발할 수 있다.

또 반응이 느린 형광신호만으로는 빠르게 변하는 뇌세포의 신호 변화를 실시간으로 측정하기 어려웠다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 미세유체공학 및 반도체 기술을 이용해 기존 전기신호 측정용 브레인칩에 카메라 단위소자인 포토다이오드를 집적시키는 데 성공했다.

연구과정을 보면 기존의 뇌신호(전기신호) 측정용 브레인칩에 형광신호 측정을 위한 이미지 센서를 집적해 형광신호와 전기신호 동시 측정이 가능한 브레인 칩을 개발했다.

이 브레인 칩은 MEMS(미세전자전기시스템, Micro ElectroMechanical System) 및 반도체 기술을 이용해 머리카락 두께 크기의 탐침에 포토 다이오드와 신경 전극을 고밀도로 집적했다.

이 과정에서 고밀도로 집적된 전극과 이미지 센서로 인해 신경세포의 위치나 활동 시간을 정밀하게 식별할 수 있다.

이후 실제 제작한 브레인칩을 쥐의 기억을 담당하는 해마 부위에 이식해 광자극을 주면서 여러 종류의 세포 중 흥분성 세포의 빠르게 변하는 활성도를 정밀하게 측정할 수 있음을 확인했다.

이 연구결과에 의하면 이번 개발된 브레인칩은 뇌의 여러 곳에서 특정 종류의 세포별 활성도를 빠르고 정밀하게 측정하기 위한 형광 및 전기신호의 동시 측정이 가능함을 보였다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 뇌과학원천기술개발 사업 및 미래뇌융합기술개발사업 등의 지원으로 수행됐고 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 11월 19일 게재됐다.