▲ 김봉수 교수와 금 나노선 탐침 제작방법.

관찰하는 자체가 대상물에 영향을 줘 정밀 검사가 어려웠던 뇌 신경 분야 연구에 혁신을 가져다 줄 나노탐침이 개발됐다.

KAIST(총장 강성모) 김봉수 화학과 교수 연구팀(제1저자 강미정 박사)은 단결정 금 나노선을 이용해 만든 세계에서 가장 가는 나노탐침으로 쥐의 신경신호를 측정하는데 성공했다고 27일 밝혔다.

굵기가 100㎚(나노미터)에 불과한 이 나노탐침은 기존보다 1,000배 이상 뛰어난 감도를 나타냈으며 1㎜이하의 극히 정밀한 간격으로 뇌신경 신호 측정이 가능하다.

기존 신경탐침은 삽입 시 조직 손상이 커서 검출신호가 약한 반면 개발된 탐침은 손상을 최소화해 신경 신호가 상대적으로 크다.

뇌에서 발생하는 전기적 신경신호를 정확하게 수집·분석하는 신경탐침은 뇌 연구에서 가장 핵심적인 요소다. 신경탐침은 조직손상을 최소화해야하며 우수한 전기적 감도를 가져야한다.

연구팀은 탐침의 재료인 금에 1,100℃ 열을 가해 증기상태로 만든 수송기체(Ar)와 함께 흘러가 사파이어 기판에 도달하면 금나노선 Seed( half - octahedral 구조)가 만들어져 금나노선이 성장 할 수 있도록 만들었다.

온도가 낮은 기판에서 수직 성장한 나노선을 텅스텐 팁으로 집어내 텅스텐은 절연층으로 코팅하는 방식으로 최종 금 나노 탐침이 만들어진다.

만들어진 금 나노선은 결함이 없는 단결정구조이기 때문에 전기전도성이 높으면서도 강하고 유연한 특성을 보였다.

김 교수 연구팀은 개발된 나노탐침을 간질을 유발하는 약물을 투여한 쥐의 뇌에 삽입해 신경신호를 측정한 결과 간질을 일으키는 뇌의 특정 영역을 정확히 찾을 수 있었다. 또 낯선 쥐의 침입에 의한 신경신호의 변화도 탐지해냈다.

김봉수 교수는 “뇌 신경 세포를 손상시키지 않으면서 단일 신경세포로부터의 신호를 높은 감도로 포착할 수 있다”며 “정밀한 뇌신경 3차원 지도 작성에 유용할 뿐 아니라 치매, 파킨슨병 등의 전기치료에도 도움이 될 것”이라고 말했다.

연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’ 12일자 온라인 판에 게재됐다.