KAIST, 뇌질환 치료용 나노입자 프린팅 기술 개발

고분자전해질 코팅법 결합해 특정 부분 광열치료 가능
금 나노 막대 입자를 유연한 플라스틱 기판 위에 인쇄해 만든 호랑이 이미지(좌측 상단)와 근적외선 광을 조사해 발생하는 발열 이미지(우측 상단). 잉크젯 프린터의 입력 이미지(좌측 하단)와 완성된 열 이미지(우측 하단)의 비교.<사진=KAIST 제공>금 나노 막대 입자를 유연한 플라스틱 기판 위에 인쇄해 만든 호랑이 이미지(좌측 상단)와 근적외선 광을 조사해 발생하는 발열 이미지(우측 상단). 잉크젯 프린터의 입력 이미지(좌측 하단)와 완성된 열 이미지(우측 하단)의 비교.<사진=KAIST 제공>

국내 연구팀이 뇌질환 치료용 나노입자 프린팅 기술을 개발했다.

KAIST(총장 신성철)는 남윤기 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 잉크젯 프린팅으로 마이크로미터 수준의 열 패턴을 마음대로 찍어내고, 이를 이용해 원격으로 신경세포의 전기적 활성을 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

나노 광열자극 기술은 금속 나노 입자의 열-플라즈모닉 현상을 이용해 신경 세포의 활성을 조절한다.

연구팀은 지난 4년간 연구를 통해 나노 광열효과에 의한 신경세포 활성 억제 현상을 발견했다. 이를 이용해 뇌전증 등의 뇌질환에서 발생하는 신경세포의 비정상적 활동을 조절하기 위한 기술을 연구했다.

연구팀은 기존의 나노 광열자극 기술이 갖는 공간적인 선택성의 한계와 해상도의 제약을 극복하기 위해 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 나노 입자의 미세 패턴 작업으로 나노 광열자극 기술을 선택적인 부분에만 가할 수 있는 기술을 개발했다.

정밀 잉크젯 프린팅과 고분자전해질 적층 코팅법을 결합해 고해상도의 선택적 광열 자극 기술을 구현했다. 정밀 잉크젯 프린팅 기술은 금속 나노 입자를 잉크로 사용해 수십 마이크로미터 크기의 나노입자 패턴을 만들 수 있다.

이 기술과 고분자전해질 적층 코팅법을 결합하면 원하는 모양을 보다 정밀하게 인쇄할 수 있고 안정성이 높아 다양한 기판에 적용할 수 있다. 또 고분자전해질 코팅법은 세포 친화적이므로 세포실험과 생체 기술에 적용된다.

연구팀은 이 기술을 통해 금 나노막대 입자를 수십 마이크로미터 해상도로 인쇄해 수 센티미터 이상의 정밀한 나노입자 패턴을 손쉽게 제작했다. 이 패턴에 빛을 조사하면 인쇄한 모양대로 정밀한 열 패턴을 형성할 수 있다.

또 배양된 뇌신경세포의 활동을 선택적·일시적으로 빛 조사를 통해 억제할 수 있음을 실험을 통해 확인했다. 열 패턴 기술을 이용하면 신경세포의 전기적 활성을 열 발생 부분에만 일시적으로 억제할 수 있어 선택적으로 광열 신경자극을 줄 수 있다.

이를 통해 원하는 세포 영역만 구분해 활동을 억제시켜 환자에게 맞춤형 광열 신경자극 치료를 제공할 수 있다.

남윤기 교수는 "원하는 형태의 열 모양을 손쉽게 어디든지 인쇄할 수 있다는 점에서 공학적으로 폭넓게 활용 가능하다"라며 "바이오공학 분야에서 생체기능 조절을 위해 빛과 열을 이용한 다양한 인터페이스 제작에 적용할 수 있고 새로운 위조 방지 기술 등에도 적용 가능할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 국제 학술지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)'에 5일자로 게재됐다.
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