가정용 PC로 그래핀 신경세포칩을 설계한다

적외선 레이저 활용 신경세포 흡착 및 신경돌기 성장 방향 제어

적외선 레이저를 이용한 산화그래핀의 환원 = 산화그래핀의 환원을 통해 부분적으로 도체가 형성됨과 동시에 거친 표면이 만들어지게 되어 신경세포의 흡착 및 발달을 제어하게 된다. ⓒ 한국연구재단

살아있는 신경세포를 이차원 기판의 전극 위에서 배양한 바이오칩인 신경세포칩 설계가 가정용 PC 한 대로 할 수 있을 만큼 손쉬워졌다.

한국연구재단은 31일 경희대 강경태, 이민형 교수 연구팀이 적외선 레이저를 활용해 그래핀 물질 위에서 신경세포의 흡착 및 신경돌기 성장 방향을 제어할 수 있음을 보고했다고 밝혔다.

신경세포칩은 신경계의 정보처리와 뇌의 기능 연구, 인간 뇌와 상호작용하는 전자소자 개발, 인공뇌 연구 등의 기반이 된다.

그래핀 유도체들은 생물학적 시스템에 적합한 성질을 가지고 있어, 의학 분야에서 지속적인 관심을 얻고 있다.

현재까지 연구를 살펴보면 기판의 지형(topography)이 뉴런의 생존, 부착 및 분화에 영향을 준다는 것이 밝혀져 있다.

그러나 신경 전자 기기로 응용하기에는 기판의 표면과 신경세포의 상호작용에 대한 정확한 이해가 부족했고, 또한 기판의 생체부적합성이 문제가 된다.

뿐만 아니라 살아있는 뉴런과 상호작용하기 위해서는 섬세한 마이크로/나노 패턴으로 조립된 여러 생체 활성 표면을 가지는 정교한 전기회로가 필요하다.

그 복잡성으로 인해 신경 네트워크를 다루는 것은 매우 어렵다.

연구팀은 적외선 레이저로 그래핀의 표면에 패턴을 형성하고, 이 패턴에 따라 신경돌기의 방향을 효과적으로 제어할 수 있는 그래핀 신경세포칩을 설계했다.

산화그래핀에 적외선 레이저를 쬐면 레이저가 닿은 부분이 환원되면서 신경세포 친화적으로 변화한다.

환원된 산화그래핀에 신경세포가 흡착되고 발달하는 특성을 이용해 신경망의 구조를 간편히 제어할 수 있게 되었다.

이 때 사용되는 적외선 레이저는 일반 PC에 달린 DVD 드라이브와 레이블용 이미지 소프트웨어를 이용한 것이므로, 전문성이 없는 사람도 손쉽게 사용할 수 있다는 것이 큰 장점이다.

강경태 교수는 “그래핀의 산화‧환원 패턴을 이용해 쉽게 세포 정렬을 할 수 있고, 동시에 패턴 자체가 전기가 흐르는 전극 역할을 할 수 있으므로 매우 간단하게 신경세포칩을 구현할 수 있다”며 “앞으로 신경세포칩 연구 분야에 큰 파급효과를 가질 것으로 기대된다“고 설명했다.

이 연구 성과는 국제학술지 나노 레터스(Nano Letters)에 7월 11일자로 게재되었으며, 표지논문으로 발간될 예정이다.(논문명 : Neurite Guidance on Laser-Scribed Reduced Graphene Oxide)