뇌와 더 부드럽게 연결된다…초연성 섬유형 신경전극 개발로 차세대 뉴럴 인터페이스 가능성 열려

윤재훈 기자
입력 2026.05.30 07:34
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▲ 초연성 섬유형 신경전극 개발로 차세대 뉴럴 인터페이스 가능성 열려 [사진=gemini 생성이미지]

최근 뇌-기계 인터페이스(brain-machine interface)와 만성 신경질환 치료 기술이 빠르게 발전하면서, 생체 조직과 유사한 부드러운 특성을 지닌 신경전극 개발이 차세대 바이오전자 분야의 핵심 과제로 떠오르고 있다. 기존 금속 기반 신경전극은 높은 전기 전도성을 갖추고 있지만, 상대적으로 단단한 물성 때문에 장기간 이식 시 뇌 조직 손상과 염증 반응을 유발할 가능성이 있다는 한계가 지적돼 왔다. 이에 따라 최근 연구자들은 조직 손상을 최소화하면서도 안정적인 신경 신호를 장기간 기록할 수 있는 유연성·초연성 전극 개발에 집중하고 있으며, 특히 전도성 고분자를 활용한 유기 기반 신경 인터페이스 기술이 새로운 대안으로 주목받고 있다.

이러한 가운데 최원(Chihyeong Won), 조영욱(Young Uk Cho), 권시연(Siyeon Kweon), 이태윤(Taeyoon Lee) 연구팀은 ‘신경 인터페이스를 위한 향상된 전기화학 성능의 구조 공학 기반 초연성 PEDOT 섬유 미세전극(Structurally engineered ultrasoft PEDOT fiber microelectrodes with enhanced electrochemical performance for neural interfaces)’에 관한 연구 결과를 국제학술지 《사이언스 어드밴시스(Science Advances)》에 2026년 5월 27일 발표했다. 이번 연구는 DOI 10.1126/sciadv.aee2754로 게재됐으며, 차세대 유연성 신경 인터페이스 기술의 가능성을 제시했다는 평가를 받고 있다.

만성 신경질환의 진단과 치료를 위해서는 뇌와 장기간 안정적으로 연결될 수 있는 신경 인터페이스 기술이 필수적이다. 하지만 기존의 신경 전극은 단단한 재료로 제작되는 경우가 많아 뇌 조직에 손상을 주거나 염증 반응을 유발하는 한계가 있었다. 이러한 가운데 연구진이 실제 생체 조직처럼 매우 부드러운 특성을 가지면서도 높은 전기적 성능을 구현한 새로운 섬유형 신경 전극을 개발해 주목받고 있다.

국제학술지 《Science Advances》에 발표된 이번 연구에서 연구팀은 PEDOT 기반의 초연성(ultrasoft) 섬유 미세전극(PFME)을 개발했다고 밝혔다. PEDOT는 전도성 고분자로 알려진 유기 전자재료로, 유연성과 전기 전도성을 동시에 갖추고 있어 차세대 바이오 전자소자로 주목받아 왔다.

이번에 개발된 PFME는 모든 구성 요소가 유기물로 이루어진 ‘올 오가닉(all-organic)’ 신경 프로브라는 점에서 기존 금속 기반 전극과 차별화된다. 또한 열처리 없이 제작이 가능해 제조 과정에서 발생할 수 있는 재료 손상을 줄였으며, 후처리 공정을 통해 전도성 고분자 구조를 정밀하게 제어했다.

연구진은 특히 PSS 결합 네트워크를 선택적으로 제거하고 PEDOT 사슬의 배열을 정렬시키는 구조 공학적 방법을 적용했다. 이를 통해 전극은 뇌 조직과 유사한 부드러운 기계적 특성을 유지하면서도 전기화학적 성능은 크게 향상시킬 수 있었다고 설명했다.

실험 결과도 주목된다. 연구팀은 생쥐 해마(hippocampus)에 해당 전극을 삽입해 단일 뉴런(single-neuron) 활동을 안정적으로 기록하는 데 성공했다. 이는 매우 미세한 신경 신호까지 정밀하게 감지할 수 있음을 의미한다.

또한 1주일간 이식한 뒤 조직학적 분석을 진행한 결과, 기존 신경 전극과 비교해 신경교세포(glial cell)의 활성화가 매우 적은 수준으로 나타났다. 이는 새로운 전극이 뇌 조직에 가하는 물리적 스트레스와 면역 반응을 줄일 가능성을 보여주는 결과로 평가된다.

연구진은 이번 기술이 장기적인 뇌-기계 인터페이스(brain-machine interface)와 차세대 신경 치료 플랫폼 개발에 중요한 기반이 될 수 있다고 밝혔다. 특히 알츠하이머병, 파킨슨병, 간질과 같은 만성 신경질환의 진단과 치료뿐 아니라 미래형 뉴로모픽 의료기기 개발에도 활용 가능성이 클 것으로 전망된다.

최근 신경 인터페이스 분야에서는 인간의 신경 조직과 최대한 유사한 기계적 특성을 구현하는 것이 핵심 과제로 떠오르고 있다. 지나치게 단단한 전극은 시간이 지날수록 조직 손상과 염증을 유발해 신호 품질이 떨어질 수 있기 때문이다. 이번 연구는 ‘부드러운 전극’이라는 방향성과 높은 신호 성능을 동시에 달성했다는 점에서 차세대 바이오전자 기술의 중요한 진전으로 평가받고 있다.

연구팀은 앞으로 장기 이식 안정성과 대규모 신경 네트워크 기록 성능을 추가로 검증해 실제 임상 적용 가능성을 확대해 나갈 계획이라고 밝혔다.