KAIST, 마이크로 OLED로 난치성 뇌질환 치료 '게임 체인저' 구현

마이크로 OLED 집적 광유전학용 유연 뉴럴 프로브

난치성 뇌질환 치료의 '게임 체인저' 역할을 할 광유전학 기술이 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 최경철·이현주 전기 및 전자공학부 교수팀이 유연 마이크로 유기발광다이오드(OLED)가 집적된 광유전학용 뉴럴 프로브 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

광유전학 기술은 빛에 반응하는 '광 단백질'이 발현된 뉴런에 특정 파장 빛 자극을 가해 뉴런 활성을 조절하는 기술이다. 난치성 뇌질환의 새로운 치료 방법 개발 가능성을 열고 있다. 뇌에 삽입해 자극을 주는 의료 기기 '뉴럴 프로브'로 정확하게 자극하고 무른 뇌 조직 손상은 최소화해야 한다.

또 체내 수분이나 물에 의해 전기 특성이 쉽게 열화돼 생체 삽입형 전자장치 활용에 한계가 있었고, 얇고 유연한 탐침 위 고해상도 집적 공정에 대한 세부적인 최적화도 필요했다.

이에 연구진은 수분과 산소가 많은 생체 내 환경에서 OLED 구동 신뢰성을 높이며 생체 삽입 시 조직 손상을 최소화하고자, 산화알루미늄/파릴렌-C(Al2O3/parylene-C)로 구성된 초박막 유연 봉지막을 얇은 탐침 형태인 260~600마이크로미터(㎛) 너비로 패터닝해 생체친화성을 유지했다. 또 전체 소자 유연성과 생체친화성을 유지하고자, 봉지막과 동일한 생체친화 재료인 파릴렌-C를 활용했다.

아울러, 인접한 OLED 픽셀 간 전기적 간섭 현상을 제거하고 각 픽셀을 공간적으로 분리하기 위해 구조적 레이어인 '화소 정의막'을 도입, 8개 마이크로 OLED를 독립적으로 개별 구동할 수 있도록 구현했다. 소자 내 다중 박막층의 잔류 응력6두께를 정밀 조절, 생체 내 환경에서도 소자 유연성도 유지했다.

연구팀은 채널로돕신2의 활성화에 적합한 470나노미터(㎚) 파장에서 1밀리와트/제곱밀리미터(㎽/㎟)이상 광 파워 밀도를 가지는 마이크로 OLED 집적 유연 뉴럴 프로브를 개발했다. 초박막 유연 봉지막은 낮은 수분 투습률을 보이며 소자 수명은 10년 이상 유지할 수 있다.

연구를 주도한 이소민 박사는 “고유연·고해상도의 마이크로 OLED를 얇은 유연 탐침 위에 집적하는 세부 공정 및 생체 적용성, 친화성 향상에 집중했다”며 “이번 연구는 기존 연구를 넘어 유연 프로브 형태에 최초로 개발해 보고된 사례로, 유연 OLED가 인체 삽입형 측정 및 치료 의료기기로서의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다”고 말했다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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