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피부에 이식한 태양전지로 빛 만들어 뇌 기능 조절한다

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피부에 이식한 태양전지로 빛 만들어 뇌 기능 조절한다

2021.03.23 15:16
근적외선으로 전력이 만들어지는 태양전지를 피부 아래 이식해 뇌에 삽입된 발광장치를 제어해 뇌 기능을 조절할 수 있는 기술의 개념도. GIST 제공.
근적외선으로 전력이 만들어지는 태양전지를 피부 아래 이식해 뇌에 삽입된 발광장치를 제어해 뇌 기능을 조절할 수 있는 기술의 개념도. GIST 제공.

국내 연구진이 인체에 삽입하는 태양전지에서 만든 전력으로 뇌에 삽입된 발광다이오드(LED) 소자를 구동시켜 빛으로 뇌 기능을 조절하는 기기를 개발했다. 

 

광주과학기술원(GIST)은 이종호 기계공학부 교수와 김태 의생명공학과 교수 공동연구팀이 인체삽입형 태양전지로 발생시킨 빛으로 정밀하게 뇌를 조절하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

 

빛을 이용해 뇌 신경세포의 활성을 조절하는 최신 뇌과학 연구로 각광받는 ‘광유전학’의 주요 난제 중 하나인 지속가능한 광원 문제에 대한 해결책으로 기대된다. 

 

광유전학은 약 15년 전부터 뇌과학 분야에서 주목받았다. 뇌의 뉴런에 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜 빛의 유무에 따라 뉴런을 켜고 끌 수 있는 기술이다. 이를 통해 뇌 질환의 원인을 찾고 치료할 수 있는 방법을 연구했다. 

 

이같은 연구를 위해 과학자들은 무선으로 광원에 전원을 공급할 수 있는 기술로 자기장 플랫폼을 개발했다. 그러나 이 기술은 자기장 범위 내에서만 작동할 수 있어 임상 연구에 적용하기에는 어려웠다. 

 

GIST 연구팀은 피부 아래 삽입된 상태에서 전력 생산이 가능한 근적외선 기반 무선 전력 발생 기기를 고안했다. 먼저 소형 태양전지 소자를 배열해 유연성을 높인 전원부를 피부 아래 조직에 이식하고 피부 침투 효율이 가장 높은 근적외선을 이용해 전력을 발생시키는 시스템을 구현했다. 

 

연구팀은 피부에 삽입된 태양전지와 뇌에 삽입된 광원을 연결했다. 태양전지와 광원 사이에는 별도로 컨트롤러를 부착해 근적외선에 의해 태양전지에서 생성된 전력으로 특정 주파수에 따라 점멸하는 빛을 발생시켜 뇌 기능 조절을 가능케 했다. 

 

연구팀은 이렇게 만든 장치의 작동 여부를 실제 생쥐 실험을 통해 확인했다. 생쥐의 수염을 앞뒤로 움직이게 하는 뇌 부위에 빛을 발생시키는 발광장치를 삽입하고 태양전지로 생산된 전력을 원격 스위치로 작동시켰다. 그러자 수염이 앞뒤로 정확하게 움직이는 사실을 확인했다.  

 

김태 교수는 “광유전학은 정밀하게 뇌 기능을 조절하는 뇌과학 연구뿐 아니라 신경정신과 질환 치료를 위한 임상 활용 등 잠재력이 크다”고 말했다. 연구결과는 바이오테크놀로지 분야 국제 학술지 ‘바이오센서&바이오일렉트로닉스’ 온라인판에 게재됐다. 

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