국내 연구진이 마이크로 유기발광다이오드(OLED)를 활용해 뇌에 삽입하고 뉴런(신경세포)을 자극할 수 있는 의료기기 ‘뉴럴 프로브’를 구현했다. 난치성 뇌 질환의 새로운 치료법을 제시해 주목된다.
한국과학기술원(KAIST)은 최경철·이현주 전기전자공학부 교수팀이 정은교 인천대 전자공학부 교수팀과 공동연구를 통해 유연한 마이크로 OLED가 집적된 광유전학용 뉴럴 프로브 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.
연구 결과는 나노분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 7월 전면 표지 논문으로 선정됐다.
광유전학은 뉴런에 특정 파장의 빛 자극을 가해 뉴런의 활성을 조절하는 기술이다. 뉴럴 프로브는 뇌에 삽입해 자극을 주는 의료기기다.
연구팀에 따르면 마이크로OLED는 유연하고 빛을 작은 부위에 정밀하게 전달할 수 있어 뇌 회로를 세밀하게 분석하는 데 적합하다. 빛의 파장을 정밀하게 조절해 복잡한 뇌 기능 연구도 할 수 있다. 하지만 체내 수분 등으로 전기적 특성이 쉽게 열화돼 생체 삽입형 장치로 활용되는 데 한계가 있다. 탐침 위에 집적하는 공정 최적화도 과제다.
공동연구팀은 산화알루미늄·파릴렌-C(Al2O3/parylene-C)로 구성된 초박막 유연 봉지 막을 얇은 탐침 형태(260~600마이크로미터(㎛)) 너비로 패터닝해 생체친화성이 유지되도록 했다. 이를 통해 수분과 산소가 많은 생체 내 환경에서 OLED 구동 신뢰성을 높이고 생체 삽입 시 조직 손상을 최소화했다.
또 고해상도 마이크로 OLED를 집적하는 과정에서 전체 소자의 유연성과 생체친화성을 유지키 위해 봉지 막과 동일한 생체 친화 재료인 ‘파릴렌-C(parylene-C)’를 활용했다. 이어 구조적 레이어인 ‘화소 정의막(pixeldefinelayer)’을 도입해 8개의 마이크로 OLED를 독립적으로 개별 구동할 수 있도록 해 인접한 OLED 픽셀 간 전기적 간섭 현상을 제거하고 각 픽셀을 공간적으로 분리했다.
특히 소자 내 다중 박막층의 잔류 응력과 두께를 정밀하게 조절해 생체 내 환경에서도 소자의 유연성을 유지하고 바늘과 같은 보조 장치 없이도 단일 탐침만으로 휘어짐 없이 삽입할 수 있게 했다. 이런 과정을 거쳐 연구팀은 광유전학·생체조직 자극 응용에서 상당히 높은 수준의 광출력을 갖는 마이크로OLED 집적 유연 뉴럴 프로브를 개발하는 데 성공했다.
연구팀은 시연을 통해 초박막 유연 봉지 막의 낮은 수분 투습률과 생체 내 높은 성능, 10년 이상 유지 가능한 소자 수명, 전기적 간섭 등이 없는 집적된 OLED의 개별 구동을 입증했다.
연구에 참여한 이소민 박사는 “이번 연구는 유연OLED의 인체 삽입형 측정과 치료 의료기기로서 새로운 패러다임을 제시한 것”이라고 말했다.
참고 자료
Advanced Functional Materials(2025) DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202420758
