전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 Washington University in St.Louis 의대 연구팀과 공동 연구를 통해 3D 프린팅을 사용하여 광유전학 뉴럴 프로브를 제작할 수 있는 기술을 개발했다.
이주현 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘Advanced Functional Materials’ 11월 11일 자 후면 표지 논문(Back Cover)으로 게재되었다. (논문명: Rapidly Customizable, Scalable 3D-Printed Wireless Optogenetic Probes for Versatile Applications in Neuroscience)
최근 뇌과학과 신경과학 연구에서는 빛을 통해 신경회로를 정교하게 제어하는 광유전학 기술이 각광받고 있다. 뇌 심부에 빛을 전달하기 위해서는 뉴럴 프로브가 필요한데, 뇌 연구를 위해선 실험대상이 되는 동물과 목표 신경회로의 위치에 따라 각기 다른 최적화된 디자인이 요구된다. 하지만 일반적으로 뉴럴 프로브 제작에 사용되는 반도체 공정은 디자인 수정이 용이하지 않고, 새로운 디자인의 프로브를 개발할 때마다 많은 비용과 시간이 소모된다는 한계가 존재한다.
본 연구팀은 3D 프린터를 활용함으로써 이 한계점을 극복했다. SLA 방식의 3D 프린팅을 통해 머리카락 두께의 뉴럴 프로브를 구현했고, 그 결과 상용 뉴럴 프로브보다 50배 이상 저렴한 개당 $1 이하의 비용으로 마이크로 LED를 탑재한 광전자 프로브를 제작할 수 있었다. 이를 통해 신경과학 커뮤니티에 매우 경제적인 뉴럴 프로브를 제공할 수 있는 길을 열었다.
아울러 연구팀은 동물실험을 통해 3D 프린터로 제작된 프로브의 장기적 생체적합성과 내구성을 증명하였으며, 광유전학적 자극을 통해 성공적으로 자유롭게 움직이는 쥐의 뇌 신경회로를 제어함으로써 그 기능성을 검증하였다.
본 기술을 사용하면 CAD 소프트웨어를 통한 프로브의 빠른 설계 및 디자인 수정이 가능하여, 다양한 길이와 형태의 소자를 빠르게 생산할 수 있다. 1개의 자극점을 갖는 1D 구조뿐만 아니라, 2D 및 3D 구조의 복잡한 뉴럴 프로브도 구현할 수 있어 복잡한 신경회로의 연구에도 사용될 수 있다. 이처럼 개발된 3D 프린팅 공정은 특정 연구 목적에 최적화된 프로브를 쉽게 개발할 수 있게 할 뿐만 아니라, 제작 시간과 비용을 크게 단축시킬 수 있어, 신경과학 연구의 가속화에 기여할 수 있을 것으로 예상한다.
[Link] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202004285
