시각장애인에 '선명한 인공망막' 구현 가능한 전극구조 개발

양극 전극 배열의 전자현미경(SEM) 사진과 적용 가능 분야(KIST 김채성 학생연구원 제공) /뉴스1

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 시각장애를 가진 환자가 일상에서 활용할 수 있는 수준의 선명한 인공시각 장치 구현이 가능해질 전망이다.

한국연구재단은 한국과학기술연구원(KIST) 임매순 박사 연구팀과 단국대학교 박재형 교수 연구팀이 고해상도 인공망막 구현을 위한

새로운 형태의 전극 구조를 개발했다고 10일 밝혔다.

인공시각 구현은 보통 실명 환자에게 인공 망막 마이크로 전극을 이식하는 방식으로 진행된다.

이때 인공시각의 해상도는 국소 영역의 세포를 선택적으로 자극할 수 있는지에 좌우된다. 전도성이 높은 액체로 채워진 안구 내에서는 전류가 넓게 퍼져 고해상도 구현에 한계가 있다.

국소 접지 전극을 활용한 기술도 제안됐으나, 접지 전극이 추가 면적을 차지해 공간 효율을 떨어뜨리고 전극 밀도를 높이는 데 구조적인 문제가 뒤따랐다.

이에 전류 확산 억제와 고밀도 전극 배열을 동시에 구현할 새로운 구조의 전극 기술이 요구되고 있다.

연구팀은 전류 확산을 억제하면서 고밀도 전극을 구현하기 위해 자극 전극과 국소 접지 전극을 하나의 3차원 구조체 내에 통합한 '양극 마이크로 바늘 전극 어레이(집합체)'를 개발했다.

이 구조는 기존에 자극 전극과 국소 접지 전극을 동일 평면상에 거리를 두고 배치함에 따라 발생하는 공간적 손해를 획기적으로 줄인다.

마이크로 바늘 전극 어레이는 대량 생산에 적합하도록 실리콘 웨이퍼에 반도체 공정을 이용해 제작됐다. 이렇게 제작된 바늘 모양의 3차원 구조체는 머리카락보다 가느다랗고 뾰족한 형상을 유지해 망막과 같이 섬세한 신경 조직에 최소한의 손상을 주며 삽입·고정될 수 있다.

동물모델인 쥐의 망막 표면에 삽입한 뒤 국소 접지 전극의 활성화에 따른 망막 신경신호를 비교한 결과, 신경신호가 약 65.4% 감소해 전류 확산이 효과적으로 억제됨을 확인했다.

이번 연구 공동 제1저자인 김채성 연구원은 "기존 인공망막 기술의 가장 큰 한계였던 전류 확산과 전극 집적도 문제를 동시에 해결할 수 있는 구조적 해법을 제시한 연구"라며 "향후 뇌나 말초 신경 등 국소 자극이 필요한 난치성 뇌질환 치료 연구에도 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구의 성과는 계측·계측공학 분야 국제학술지 '마이크로시스템 앤 나노엔지니어링(Microsystems & Nanoengineering)'에 게재됐다.